Autor(es):
Teixeira, Jennifer Cláudia Passos 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/10131
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia física; Células solares; Filmes finos de multicamadas - Propriedades ópticas; Sulfureto de Cobre - Filmes finos; Semicondutores
Descrição
Neste trabalho estudam-se filmes finos de Cu2ZnSnS4 (CZTS) no sentido de
avaliar a influência dos parâmetros de crescimento na morfologia e nas
propriedades estruturais e óticas destes filmes de forma a otimizar a sua
utilização como camada absorvente em células solares. O número de períodos
de precursores metálicos foi variado (1, 2, 4) e a sulfurização foi realizada em
caixa de grafite ou em fluxo de enxofre. Os estudos realizados consistiram em
análises morfológica, estrutural e ótica com base nas técnicas de SEM, EDS,
XRD, espetroscopia de Raman e fotoluminescência. Verificou-se que as
amostras sulfurizadas em fluxo de enxofre apresentavam um tamanho de grão
médio superior ao observado para as amostras sulfurizadas em caixa de
grafite. Adicionalmente, para este último conjunto de amostras, a intensidade
da luminescência medida é claramente inferior à obtida para as amostras
sulfurizadas em fluxo de enxofre. Por outro lado, o incremento do número de
períodos de precursores revelou-se vantajoso tanto do ponto de vista do
tamanho de grão como do incremento da razão sinal/ruído da luminescência. A
análise estrutural permitiu verificar que a fase de CZTS é dominante em todas
as amostras estudadas. Para a amostra com quatro períodos e sulfurizada em
fluxo de enxofre, as dependências na potência de excitação e na temperatura
permitiram estabelecer um modelo de transições radiativas entre um eletrão na
banda de condução e um buraco ligado a um nível aceitador sob a influência
de flutuações de potencial na banda de valência. A profundidade das
flutuações de potencial na banda de valência foi avaliada, obtendo-se o valor
de 104,7 0,4 meV. Foi estimada uma energia de ionização do nível aceitador
de 78 3 meV e um valor para a energia de hiato do CZTS a 17 K na gama
1,467-1,507 eV. Os mecanismos de desexcitação não radiativa foram
investigados tendo-se estabelecido dois canais envolvendo, um nível discreto
ou uma banda. Os resultados deste trabalho revelaram-se importantes no
processo de otimização das técnicas de crescimento em filmes finos de CZTS. In this work we study Cu2ZnSnS4 (CZTS) thin films in order to evaluate the
influence of the growth parameters on their morphology and structural and
optical properties to optimize the application as absorbent layer in solar cells.
The number of periods of metallic precursors was changed (1, 2, 4) and the
sulphurization was done in a graphite box or under sulphur flux. The studies
consisted of morphological, structural and optical analysis based on SEM,
EDS, XRD, Raman spectroscopy and photoluminescence. It was found that the
samples sulphurized in sulphur flux had an average grain size higher than that
observed for the samples sulphurized in the graphite box. Additionally, the
luminescence intensity for the last set of samples is clearly lower than the
observed for the samples sulphurized in sulphur flux. Moreover, the increment
in the number of periods of metallic precursors proved advantageous both from
the viewpoint of grain size as the increase of signal/noise ratio of the
luminescence. Structural analysis showed that the CZTS phase is dominant in
all studied samples. For the sample with four periods and sulphurized on
sulphur flux, the dependences of the emission on the excitation power and
temperature allowed to establish a model of radiative recombination between
an electron in the conduction band and a hole bound to an acceptor level under
the influence of potential fluctuations of the valence band. The depth of the
potential fluctuations in the valence band was evaluated, obtaining the value of
104,7 0,4 meV. An ionization energy for the acceptor level of 78 3 meV and a
band gap at 17 K in the range 1,467-1,507 eV, were estimated. Two nonradiative
channels involving, a discrete level or a band, were established. The
results of this study have proved relevant in the optimization process of the
growth of CZTS thin films. Mestrado em Engenharia Física
Tipo de Documento
Dissertação de Mestrado
Idioma
Português
Orientador(es)
Leitão, Joaquim Fernando Monteiro de Carvalho Pratas; Cunha, António Ferreira da
