Топология поверхности, электрофизические свойства и механизм формирования тонких пленок сульфида олова (II)

Методом химического осаждения получены фоточувствительные тонкие пленки сульфида олова (II) с размером областей когерентного рассеяния около 30 нм. Экспериментально продемонстрировано, что при варьировании времени осаждения значительно различаются микроструктура и толщина пленки, а также размер формирующих пленку агломератов. Изучены тип проводимости и токовая чувствительность полученных нанокристаллических пленок SnS. Все синтезированные пленки SnS вне зависимости от длительности синтеза обладают р-типом проводимости. Для подтверждения роли вакансий олова в регулировании типа проводимости SnS выполнены квантово-химические расчёты электронной структуры -SnS. На основании данных атомно-силовой микроскопии показано, что фрактальный подход дает более глубокое понимание процессов, происходящих при образовании слоя на подложке. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования пленок SnS в качестве поглощающего слоя тонкопленочных солнечных элементов. 

1. Brent J.R., Lewis D.J., Lorenz T., Lewis E.A., Savjani N., Haigh S.J., Seifert G., Derby B., O’Brien P. Tin(II) Sulfide (SnS) Nanosheets by Liquid-Phase Exfoliation of Herzenbergite: IV-VI Main Group Two-Dimensional Atomic Crystals. J. Am. Chem. Soc., 2015, 137(39), P. 12689–12696.

2. Banai R.E., Horn M.W., Brownson J.R.S. A review of tin(II) monosulfide and its potential as a photovoltaic absorber. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2016, 150, P. 112–129.

3. Sinsermsuksakul P., Heo J., Noh W., Hock A.S., Gordon R.G. Atomic layer deposition of tin monosulfide thin films. Adv. Energy Mater., 2011, 1, P. 1116–1125.

4. Reddy K.T.R., Reddy N.K., Miles R.W. Photovoltaic properties of SnS based solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2006, (90), P. 3041–3046.

5. Garc´ıa A., Papior N., Akhtar A., Artacho E., Blum V., Bosoni E., Brandimarte P., Brandbyge M., Cerd´a J.I., Corsetti F., Cuadrado R., Dikan V., Ferrer J., Gale J., Garc´ıa-Fern´andez P., Garc´ıa-Su´arez V.M., Garc´ıa S., Huhs G., Illera S., Koryt´ar R., Koval P., Lebedeva I., Lin L., L´opez-Tarifa P., Mayo S.G., Mohr S., Ordej´on P., Postnikov A., Pouillon Y., Pruneda M., Robles R., S´anchez-Portal D., Soler J.M., Ullah R., Yu V.W., Junquera J.J. Siesta: Recent developments and applications. J. Chem. Phys., 2020, 152, P. 204108.

6. Titova L.V., Fregoso B.M., Grimm R.L. Chapter 5: Group-IV monochalcogenides GeS, GeSe, SnS, SnSe, in book Chalcogenide: From 3D to 2D and Beyond. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, 2020, P. 119–151.

7. Vidal J., Lany S., d’Avezac M., Zunger A., Zakutaev A., Francis J., Tate J. Band-structure, optical properties, and defect physics of the photovoltaic semiconductor SnS. Applied Physics Letters, 2012, 100(3), P. 032104.

8. Roldughin V.I. Fractal structures in disperse systems. Russian Chemical Reviews, 2003, 72(10), P. 823–847.

9. Roldughin V.I. The characteristics of fractal disperse systems. Russian Chemical Reviews, 2003, 72(11), P. 913–937.

10. Samsonov V.M., Kuznetsova Y.V., D’yakova E.V. Fractal properties of aggregates of metal nanoclusters on solid surface. Russian Journal of Applied Physics, 2016, 86(2), P. 71–77.

11. Feder E. Fractals. Moscow: Mir, 1991, 260 p. (In Russian).

12. Smirnov B.M. Physics of fractal clusters. Moscow: Nauka, 1991. 136 p, (In Russian).

13. Antonov A.S., Sdobnyakov N.Y., Ivanov D.V., Podbolotov K.B. Morphology investigation study of the copper films relief on a mica surface. Fizikokhimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov [Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials], 2017, 9, P. 19–26, (In Russian).

14. Sdobnyakov N.Y., Antonov A.S., Ivanov D.V. Morphological characteristics and fractal analysis of metal films on dielectric surfaces. Tver: Tver State University, 2019, 168 p, (In Russian).

15. Brylkin Y.V., Kustov A.L.Correlation between fractal dimension and different roughness for copper samples. Fiziko-khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov [Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials], 2013, 5, P. 33–38, (In Russian).

16. Panin A.V., Shugurov A.R. Application of fractal description for image analysis in scanning probe microscopy. Poverkhnost [Surface], 2003, 6, P. 62–69, (In Russian).