Получение и физические свойства полупроводниковых соединений системы Cu-Fe-S

• Автор: Гавриленко, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Фазовые взаимодействия в системе Си-Бе-Б, получение
соединений и их физические свойства (Обзор литературы)
1.1 Бинарные фазовые диаграммы систем на основе элементов Си, Бе и Б
1.1.1 Система Си-Б
1.1.2 Система Бе-Б
1.1.3 Система Си-Бе
1.2 Тройная система Си-Бе-Б
1.3 Физические свойства тройных соединений системы Си-Бе-Б
1.3.1 Структурные свойства
1.3.2 Тепловые свойства
1.3.3 Электрические и оптические свойства
1.3.4 Мессбауэровские исследования и магнитные свойства
1.4 Микроструктурные и рентгеноструктурные исследования хейкокита
Си4Бе5Б
Выводы к главе
Глава 2 Методики исследований
2.1 Рентгенофазовый анализ
2.2 Микрорентгеноспектральный анализ
2.3 Дифференциально-термический анализ
2.4 Кварцевая дилатометрия
2.5 Методика исследования оптических свойств
2.6 Методика исследования магнитных свойств
2.7 Мессбауэровские исследования
2.8 Методика ЯМР в локальном поле

Глава 3 Получение и исследование структуры и химического состава
соединений системы Си-Ге-
3.1 Взаимодействие в бинарной системе Бе-Б
3.2 Однозонный метод получения
3.3 Двухзонный метод получения
3.4 Рентгенофазовый анализ хейкокита СщРезБа и полнопрофильный расчет рентгеновского спектра по методу Ритвельда
3.5 Микрорентгеноспектральный анализ
Выводы к главе
Глава 4 Исследование физических свойств соединений системы Си-Бе-в .
4.1 Дифференциально-термический анализ
4.2 Тепловое расширение
4.3 Магнитные свойства хейкокита СщРезвв
4.4 Мессбауэровские исследования хейкокита СщРе^Б^
4.5 ЯМР-спектроскопия 63 6эСи в локальном поле халькопирита СиРеБг
и кубанита СиРе
Выводы к главе
Глава 5 Получение пленок хейкокита СщГе.^з и исследование их
оптических свойств
5.1 Атомно-силовая микроскопия
5.2 Исследование поверхностного фотонапряжения
5.3 Краевое поглощение и ширина запрещённой зоны
Выводы к главе
Заключение
Благодарности
Публикации автора по теме диссертации
Список сокращений
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы исследования. При создании полупроводниковых солнечных элементов проводится работа как по углублению знаний о процессах, происходящих в традиционно используемых в этих целях материалах, так и поиск новых материалов. На сегодняшний день основными., ■ полупроводниковыми материалами для производства солнечных элементов являются кремний 81 (кристаллический, поликристаллический, ленточный и аморфный) и теллурид кадмия СсПе. В общем мировом производстве солнечных модулей за 2009 год доля кремния составила 86 %, а доля теллурида кадмия - 13 % [1].
Однако солнечные элементы на основе этих полупроводниковых материалов имеют ряд недостатков. Основным недостатком солнечных элементов на основе кремния является то, что этот материал является непрямозонным полупроводником, вследствие чего для эффективного поглощения солнечного света толщина изготавливаемых из них фотоэлектрических преобразователей должна составлять сотни микрон, что приводит к значительным расходам кремния и высокой стоимости солнечных элементов. Кроме того, солнечные элементы на основе аморфного кремния подвергаются сильной деградации при облучении их солнечным светом и имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия (КПД), не превышающий 10%. Основным же недостатком солнечных элементов на основе теллурида кадмия является то, что при их производстве используются токсичные элементы СО и Те.
В этой связи особый интерес в использовании в качестве активного слоя фотопреобразователей вызывают более сложные полупроводниковые материалы, поскольку варьированием их химического состава можно контролируемо изменять основные полупроводниковые свойства материалов (тип и величина удельной проводимости, ширина запрещенной зоны). К одному из таких типов полупроводников относятся соединения 1-Ш-У12 (где 1-Си, Ag; Ш-А1, Иа, Тп; Т-8,

Мессбауэровский спектр кубической модификации кубанита может быть разложен на две линии с величиной изомерного сдвига 0,48 мм/с и 0,98 мм/с, что соответствует значениям для Fe+J и Fe+2, соответственно. Отношение площадей пиков 1,15:1 указывает на примерно одинаковое количество ионов железа с этими степенями окисления, что и ожидалось для кубической структуры.
Мессбауэровская спектроскопия синтетического моихукита Fe9+xCu9.xSi6 с х = 0; 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8 в интервале температур 6 - 95 К проведена в работе [88]. Мессбауэровские спектры при комнатной температуре были разложены в четыре секстета и компоненту с малым магнитным полем, на долю которой приходится 30-40% общего мессбауэровского поглощения (рисунок 1.15). Указанная компонента не зависит от состава образца и является чувствительной к температуре. Поиск какого-то одного локального окружения для атомов железа, ответственного за появление этой компоненты, не принес успеха. Возможной причиной её появления может быть локальная разориентация или суперпарамагнетизм. Четыре секстета были описаны с использованием модели статистического расположения атомов меди и железа в антиферромагнитной структуре, подобной структуре халькопирита.
Скорость, мм/с
Рисунок 1.15 - Мессбауэровский спектр моихукита РедСг^^, разложенный на 4 магнитные составляющие (адаптировано по данным [88])