Published October 3, 2016 | Version v1
Publication Open

Comprehensive Study of Growth Mechanism and Properties of Low Zn Content Cd1-xZnxS Thin Films by Chemical Bath

Creators

  • 1. University of La Serena
  • 2. University of Concepción
  • 3. University of Bío-Bío
  • 4. Bariloche Atomic Centre
  • 5. Balseiro Institute
  • 6. Polytechnic University of Bari
  • 7. Université Libre de Bruxelles

Description

Cd1-xZnxS thin films have been studied extensively as window layers for solar cell applications. However, a mismatch between the Cd1-xZnxS and copper-indium-gallium-selenide absorber layers increases with Zn film concentration, which reduces the device efficiency. In this work, Cd1-xZnxS thin films with low Zn concentrations were analyzed. The effect of the addition of different molar Zn concentrations to the reaction mixture on the growth mechanism of Cd1-xZnxS thin films and the influence of these mechanisms on structural, optical and morphological properties of the films has been studied. Cd1-xZnxS thin films were synthesized by chemical bath deposition using an ammonia-free alkaline solution. Microstructural analysis by X-ray diffraction showed that all deposited films grew with hexagonal structure and crystallite sizes decreased as the Zn concentration in the film increased. Optical measurements indicated a high optical transmission between 75% and 90% for wavelengths above the absorption edge. Band gap value increased from 2.48 eV to 2.62 eV, and the refractive index values for Cd1-xZnxS thin films decreased as the Zn increased. These changes in films and properties are related to a modification in growth mechanism of the Cd1-xZnxS thin films, with the influence of Zn(OH)2 formation being more important as Zn in solution increases.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمت دراسة الأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS على نطاق واسع كطبقات نافذة لتطبيقات الخلايا الشمسية. ومع ذلك، يزداد عدم التطابق بين طبقات امتصاص Cd1 - xZnxS وطبقة امتصاص النحاس- الإنديوم- الجاليوم- سيلينيد مع تركيز طبقة الزنك، مما يقلل من كفاءة الجهاز. في هذا العمل، تم تحليل الأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS بتركيزات زنك منخفضة. تمت دراسة تأثير إضافة تركيزات Zn المولارية المختلفة إلى خليط التفاعل على آلية نمو الأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS وتأثير هذه الآليات على الخصائص الهيكلية والبصرية والمورفولوجية للأغشية. تم تصنيع الأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS عن طريق الترسيب الكيميائي للحمام باستخدام محلول قلوي خالٍ من الأمونيا. أظهر التحليل الهيكلي الدقيق عن طريق حيود الأشعة السينية أن جميع الأفلام المترسبة نمت ببنية سداسية وانخفضت أحجام البلورات مع زيادة تركيز الزنك في الفيلم. أشارت القياسات البصرية إلى انتقال بصري مرتفع بين 75 ٪ و 90 ٪ للأطوال الموجية فوق حافة الامتصاص. زادت قيمة فجوة النطاق من 2.48 إلكترون فولت إلى 2.62 إلكترون فولت، وانخفضت قيم مؤشر الانكسار للأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS مع زيادة Zn. ترتبط هذه التغييرات في الأفلام والخصائص بتعديل في آلية نمو الأغشية الرقيقة Cd1 - xZnxS، مع تأثير تكوين Zn(OH)2 أكثر أهمية مع زيادة Zn في المحلول.

Translated Description (French)

Les films minces Cd1-xZnxS ont été largement étudiés comme couches de fenêtre pour les applications de cellules solaires. Cependant, un décalage entre les couches absorbantes Cd1-xZnxS et cuivre-indium-gallium-séléniure augmente avec la concentration du film de Zn, ce qui réduit l'efficacité du dispositif. Dans ce travail, des films minces de Cd1-xZnxS à faibles concentrations de Zn ont été analysés. L'effet de l'addition de différentes concentrations molaires de Zn au mélange réactionnel sur le mécanisme de croissance des films minces de Cd1-xZnxS et l'influence de ces mécanismes sur les propriétés structurales, optiques et morphologiques des films ont été étudiés. Les films minces de Cd1-xZnxS ont été synthétisés par dépôt chimique en bain à l'aide d'une solution alcaline sans ammoniac. L'analyse microstructurale par diffraction des rayons X a montré que tous les films déposés se développaient avec une structure hexagonale et que la taille des cristallites diminuait à mesure que la concentration de Zn dans le film augmentait. Les mesures optiques ont indiqué une transmission optique élevée entre 75 % et 90 % pour les longueurs d'onde au-dessus du bord d'absorption. La valeur de la bande interdite a augmenté de 2,48 eV à 2,62 eV, et les valeurs de l'indice de réfraction pour les couches minces de Cd1-xZnxS ont diminué à mesure que le Zn augmentait. Ces changements dans les films et les propriétés sont liés à une modification du mécanisme de croissance des films minces Cd1-xZnxS, l'influence de la formation de Zn(OH)2 étant d'autant plus importante que Zn dans la solution augmente.

Translated Description (Spanish)

Las películas delgadas Cd1-xZnxS se han estudiado ampliamente como capas de ventana para aplicaciones de células solares. Sin embargo, un desajuste entre las capas absorbentes de Cd1-xZnxS y cobre-indio-galio-seleniuro aumenta con la concentración de película de Zn, lo que reduce la eficiencia del dispositivo. En este trabajo, se analizaron películas delgadas de Cd1-xZnxS con bajas concentraciones de Zn. Se ha estudiado el efecto de la adición de diferentes concentraciones molares de Zn a la mezcla de reacción sobre el mecanismo de crecimiento de las películas delgadas de Cd1-xZnxS y la influencia de estos mecanismos sobre las propiedades estructurales, ópticas y morfológicas de las películas. Las películas delgadas de Cd1-xZnxS se sintetizaron mediante deposición en baño químico utilizando una solución alcalina libre de amoníaco. El análisis microestructural por difracción de rayos X mostró que todas las películas depositadas crecieron con estructura hexagonal y los tamaños de los cristalitos disminuyeron a medida que aumentaba la concentración de Zn en la película. Las mediciones ópticas indicaron una alta transmisión óptica entre 75% y 90% para longitudes de onda por encima del borde de absorción. El valor de la brecha de banda aumentó de 2.48 eV a 2.62 eV, y los valores del índice de refracción para las películas delgadas de Cd1-xZnxS disminuyeron a medida que aumentaba el Zn. Estos cambios en las películas y propiedades están relacionados con una modificación en el mecanismo de crecimiento de las películas delgadas de Cd1-xZnxS, siendo más importante la influencia de la formación de Zn(OH)2 a medida que aumenta el Zn en solución.

Files

1516-1439-mr-1980-5373-MR-2015-0660.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f7e989369fddb2295d567fc9f7f59b92
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة شاملة لآلية نمو وخصائص الأغشية الرقيقة ذات المحتوى المنخفض من الزنك Cd1 - xZnxS بواسطة حمام كيميائي
Translated title (French)
Étude approfondie du mécanisme de croissance et des propriétés des films minces à faible teneur en Zn Cd1-xZnxS par bain chimique
Translated title (Spanish)
Estudio exhaustivo del mecanismo de crecimiento y las propiedades de las películas delgadas de bajo contenido de Zn Cd1-xZnxS por baño químico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2526560666
DOI
10.1590/1980-5373-mr-2015-0660

Is supplement to
https://openalex.org/W316659466 (Other)
https://openalex.org/W2894916644 (Other)
https://openalex.org/W2118550996 (Other)
https://openalex.org/W2094724448 (Other)
https://openalex.org/W2073601254 (Other)
https://openalex.org/W2015097712 (Other)
https://openalex.org/W2011594027 (Other)
https://openalex.org/W2000753780 (Other)
https://openalex.org/W1987506523 (Other)
https://openalex.org/W1518195227 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1496247545
  • https://openalex.org/W1965329230
  • https://openalex.org/W1965375683
  • https://openalex.org/W1968827662
  • https://openalex.org/W1978932026
  • https://openalex.org/W1983378088
  • https://openalex.org/W1994904059
  • https://openalex.org/W1995159551
  • https://openalex.org/W1997915217
  • https://openalex.org/W1998311063
  • https://openalex.org/W2004326164
  • https://openalex.org/W2006707746
  • https://openalex.org/W2012508662
  • https://openalex.org/W2017237390
  • https://openalex.org/W2017749922
  • https://openalex.org/W2021485330
  • https://openalex.org/W2034017533
  • https://openalex.org/W2045430979
  • https://openalex.org/W2046256581
  • https://openalex.org/W2047190305
  • https://openalex.org/W2053590968
  • https://openalex.org/W2054609191
  • https://openalex.org/W2056695775
  • https://openalex.org/W2058956021
  • https://openalex.org/W2076640006
  • https://openalex.org/W2087099997
  • https://openalex.org/W2103921441
  • https://openalex.org/W2108664935
  • https://openalex.org/W2124562738
  • https://openalex.org/W2129779568
  • https://openalex.org/W2134529045
  • https://openalex.org/W2147803264
  • https://openalex.org/W2350703702
  • https://openalex.org/W2808418025
  • https://openalex.org/W4206708933
  • https://openalex.org/W4236617370