بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، لایه هاي نازك سولفید قلع بر روي زیرلایه شیشهاي به روش تبخیر حرارتی لایهنشانی شده است. هدف از مطالعه، بررسی اثر دماي بستر و بازپخت در خلاء و در حضور و بدون حضور گوگرد، بر خواص ساختاري و اپتیکی لایهها میباشد. لایههاي تهیه شده توسط پراش پرتو ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و جذب نوري - UV-vis - مشخصه یابی شدهاند. لایه ها داراي ساختار بس بلوري و یکنواختی بالا هستند. بازپخت نمونهها در حضور گوگرد باعث تغییر ساختار از آمورف به چند بلوري میشود. افزایش دماي بستر از دماي اتاق به 150 oC باعث کاهش گاف نوري از 2/86 به 2/57 eV میشود. همچنین بازپخت در حضور گوگرد سبب تغییر گاف نوري میشود.
مقدمه
نیمرساناهاي نوري دوتاییمخصوصاً عناصر گروههاي چهار وشش جدول تناوبی عناصر به دلیل گاف انرژي کوچک، مشخصات نوري و الکتریکی مناسب، قابلیت کاربرد در سلولهاي خورشیدي وابزارهاي نوري را دارند .[1] این ترکیبات به صورت لایه هاي کلکوجناید شناخته می شوند که در لایه ها، اتمها توسط نیروهاي کووالان در کنار یکدیگر هستند و پیوندهاي بینبدلیللایه ها نیروهاي واندروالسشدیداً ضعیف هستند .[2] لایه هاي نازكSnS با داشتن جذب نوري تبدیلبالاي 104 cm-1 و بازده فتوالکتریکی بالاي %25، آنها را براي استفاده در سلولهاي خورشیدي و ابزارهاي الکترونیکی مناسب ساخته است .[3] علاوه براین اجزاء تشکیل دهنده آنها در طبیعت فراوان هستند و براي سلامتی مضر نمی باشند و طبیعت را به خطر نمی اندازنداین،ویژگیها باعث شده تحقیقات متنوعی برروي آنها صورت گیرد.
بخش تجربی:
لایه هاي نازك سولفید قلع بر روي بسترهاي شیشهاي لایه نشانی شدند. مواد اولیه مورد استفاده پودر سولفید قلع - Aldrich 96% - میباشد. این پودر با استفاده از قالب مخصوص و تحت فشار مناسب به قرص تبدیل شده است. براي هر مرحله از لایهگذاري مقدار 0/4 گرم از قرص در داخل قایق قرار گرفت. پس از قرار دادن بسترها و مواد اولیه در داخل دستگاه حرارتی تبخیر عمل لایهنشانی با ایجاد خلاء مناسب~10-6 Torr - با - عبور جریان ~80 A از قایق، لایهنشانی باآهنگ ~10 Ao/s صورت گرفت.
فاصله عمودي بین قایق و بستر 14 Cm بود و لایهها با ضخامت 200 nm تهیه شده است. با هدف حضور بیشتر اتمهاي گوگرد در ساختار و تشکیل ساختار مناسب بلوري عمل بازپخت در خلاء مناسب 6 Torr - -در - ~10 و حضور پودر گوگرد و در دمامدتي150 oC به یکساعت انجام شد.لایه نشانی لایههاي نازك با بکارگیري دستگاه تبخیر حرارتمدلی ادوارز - E305A - صورت گرفت. براي بررسی و مشخصه یابی ساختار لایه ها از دستگاه پراش پرتو ایکس،ساختمدل D8 شرکت بروکرآلمان و براي اندازه گیري طیف عبوري لایه هاازدستگاه UV-vis مدل - Agiilent 553 - استفاده گردیده است.
بحث ونتیجه گیري:
مطالعات ساختاري:
پراش پرتو ایکس : - XRD - نمونههاي تهیه شده در دماي اتاق،دماي بستر 150 oC و همچنین نمونههاي بازپخت شده به مدت یک ساعت در خلاء و بدون حضور گوگرد ساختار آمورف از خوددادندنشان مطالعه نمونههاي بازپخت شده در خلاء به مدت یک ساعت دردماي 150 oC و در حضور گوگرد - شکلهاي 1و - 2 نشان میدهد که بازپخت نمونهها در حضور گوگرد باعث تغییر ساختار ازآمورف به چند بلوري میشود. قله تیز مشاهده شده در نمونههاي بازپخت شده در حضور گوگرد متناظر با صفحه هگزاگونال - 001 - فاز SnS2 است. علاوه بر آن قله ضعیفی متناظر با صفحه ارتورومبیک - 040 - فاز SnS در نمونههاي بازپخت شده درحضور گوگرد مشاهده میشود. این نتایج نشان میدهد که بازپخت در حضور گوگرد باعث نفوذ گوگرد در ساختار میشودوساختار به سمت تشکیل ساختار سولفید قلع پیش میرود. اندازه دانهها بر اساس فرمول شرر [4] براي صفحات - 001 - فاز هگزاگونال SnS2 و - 040 - فاز ارتورومبویک SnS محاسبه ساختار بلوري آنها بترتیب با کارتهاي استاندارد فاز SnS2[5] - CPDS 83-1705 - و [6] - JCPDS 23-677 - مقایسه شدهاند و نتایج آنها در جدول - - 1 ارائه شده است.
تصویر :SEM تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی لایه تهیه شده در دماي اتاق در شکل - 3 - ن شان داده شده ست. این تص ویرنشان میدهد که لایه تهیه شده داراي مورفولوژي دانهاي است و دارا ي سطح یکنواخت، بدون تر ك و با تخلل ناچیز میباشد.متوس ط اندازه دانهها در تصویر SEM، 66 nm بدست آمده است.
مطالعات اپتیکی:
جذ ب و عبور اپتیکی لایهها: مشخصه یابی نوري لایه ها با استفادهاز د ستگاه طیف سنجی و با بدس ت آوردن طیف هاي عبوري و جذبی نور انجام ش ده است. مطالع ه طیف جذبی نمونهها نشان می-دهد بیشترین جذب اپتیکی براي آنها در ناحیه طول موجهاي مرئی است . تغییرات عبو ر اپتیکی برحس ب طول موج ب راي لایهها نش ان میدهد که لبه جذ ب اپتیکی با افزاایش دماي بست از دماي اتاق به دماي 150 oC به س مت طول موج هاي بزرگتر جابجا میشوود شفافیت کاهش مییابد، که میتواند بدلیل افزایش اندازه دانهها در اثر افزایش دماي بستر باشد - [7] شکل . - 4
مقایسه طیفهاي جذب و عبور لایههاي تهیه شده در دماي اتاق و دماي بستر 150 oC و باز پخت شده در حضور و عدم حضورگوگرد نشان میده د که در اثر بازپخت در ح ضور گوگرد لبه جذ ب به سمت طول موجهاي بزرگتر جابجا میش ود - شکلهاي 5و. - 6 تغییر در لبه جذب براي لایههاي بازپخت شده در حضورگوگرد بدلیل تغییر ساختار لایهها است که در نتایج پراش پرتو x مشا هده شد - شکلهاي 1 و. - 2
نمودارها گذار مستقیم را نشان میدهند. نتایج گافنوري نمونهها نشان میدهد افزایش دماي بستر از دماي اتاق به 150 oC موجب اف زایش اندازه دانهها میشود، که منجر به کاهش
