V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение.

В настоящее время, энергичной проблемой является глобальная проблема. Поэтому задача, которая стоит перед людьми, это поиск новых экологически чистых источников энергий в качестве традиционных топлив. Среди наиболее перспективных источников экологически чистой энергии важное место занимают фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи (ФЭПП) солнечной энергии. Достоинством этих устройств является безотходность технологии преобразования энергии и относительно простая конструкция, что позволяет использовать их в самых различных климатических условиях, включая работу на космических аппаратах. К недостаткам ФЭПП, следует отнести низкие значения коэффициента полезного действия и высокую стоимость получаемой энергии.

Выходом из сложившийся ситуации является применение новых полупроводниковых материалов в качестве поглощающего слоя. В ряде исследований [1,2] было установлено, что Cu_2SnS3 является хорошим кандидатом на использование в качестве р - полупроводникового поглощающего свет слоя.

В настоящей работе описана технология получения и приведены результаты исследования температурных зависимостей электропроводности поликристаллических образцов Cu_2SnS3.

2.Эксперимент.

Синтез Cu_2SnS3 был осуществлён методом пиролитического разложения стехиометрической смеси солей (0.0855 г), (2.26 г), (2.28 г) путём растворения их в 50%-ном этиловом спирте при интенсивном перемешивании до однородного раствора. Полученный раствор подвергался сушке при температуре 75⁰С в течение двух суток. Для гомогенизации, сухой порошок был измельчён в ступке. Затем полученный порошок отжигали в вакуумной печи при 400⁰С в течение получаса.

Был проведен рентгенофазовый анализ образца на диффрактометре Rigaku IV на порошке, съёмка θ -2θ, в диапазоне углов 10-100 град., шаг 0.04 град., скорость 2 град/мин., фильтр Ni (K_β), Cu K_α λ = 1,54056 Å, без монохроматора, в геометрии Брен-Брентано. Полученная порошковая диффрактограмма приведена на рисунке 1.

Электропроводность была исследована на прессованных поликристаллических образцах в форме прямоугольного параллелепипеда 2,66мм*8мм*1,3мм. Измерения были проведены четырёхзондовым методом, в диапазоне температур от 10 до 320 К.

3.Результаты эксперимента и обсуждение

При сравнении графиков представленных на рисунке 1 мы видим, что положение основных пиков зависимости полученной в работе [3] (см.рис.1(а)) и полученной нами (см.рис. 1(в)) полностью совпадают. Этот факт подтверждает факт синтеза Cu_2SnS3 методом пиролитического разложения стехиометрической смеси хлоридов компонентов и тиомочевины.

Результаты исследования зависимости удельного сопротивления от температуры образца поликристаллического Cu_2SnS3представлены в рисунке 2.

Как видно из рисунка 2 в исследованном диапазоне температур можно выделить 2 участка удельной электропроводности. На первом участке в интервале от 10 K до 170 K с увеличением температуры удельное сопротивление уменьшается. Такое поведение характерно для примесных полупроводников и связано с активацией примеси. На втором участке, удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры, обычно в полупроводниках этот участок соответствует процессу истощения примеси.

Электропроводность в сильно легированных, неупорядоченных и аморфных полупроводниках часто связана с различными механизмами прыжковой проводимости.

Анализ низко температурного участка, электропроводности полупроводника Cu_2SnS3 был сделан в предположении преобладания механизма прыжковой проводимости, то есть механизма проводимости, при котором перенос заряда осуществляется путём квантовых туннельных переходов ("прыжков") носителей заряда между различными локализованными состояниями [4].

Зависимость удельного сопротивления полупроводника в области прыжковой проводимости описывается формулой:

(1)

Где постоянный предэкспоненциальный множитель, p и m выбирается в зависимости от типа"прыжков" электрона. Величины p = 1,2,4 определяют соответственно прыжковую проводимость через ближайших соседей, прыжковую проводимость с переменной длиной прыжка по Шкловскому-Эфросу, прыжковую проводимость с переменной длиной прыжка по Моту [5,6].

Для того чтобы определить механизм прыжковой проводимости образца Cu_2SnS3 мы линеаризовали зависимость методом выбора соответственных пар p и m. В результате линеаризации, был построен график от [6], и было установлено, что проводимость при низких температур подчиняется механизму прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка по Мотту, что соответствует p=4 и m= ¼.

Были получены, некоторые характеристические величины, которые представлены в таблице 1

Таблица 1. Параметры механизма прыжковой проводимости в интервале температур от 10K до 170K

A4	Tv (K)	Tm (K)	T04 (K)	W0 (meV)
1,516*10-3	170	40	348,608	17,56

Где T_v – наибольшая температура, при которой ещё справедлив механизм прыжковой проводимости по Моту.

T_m – наименьшая температура, при которой ещё справедлив механизм прыжковой проводимости по Мотту.

T₀₄ – характеристическая температура прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка по Мотту.

W₀ – параметр, определяющий проводимость установлен по формуле:

(2)

где k – постоянная Больцмана.

4.Заключение

В настоящей работе мы сообщаем о результатах синтеза Cu_2SnS3 методом пиролитического разложения стехиометрической смеси хлоридов компонентов и тиомочевины при температуре 400⁰С. Успешный синтез подтверждён исследованиями фазовой структуры образца хорошо совпадающими с литературным данными. В результате исследования температурной зависимости удельного сопротивления образца Cu_2SnS3 от температуры в диапазоне 10K до 320K было установлено что, при низких температурах, проводимость определяется механизмом прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка по Мотту (в области температур от 10K до 170K).

Часть результатов приведенных в настоящей работе была получена в рамках выполнения Государственного задания 2.3309.2011.

Литература

1. M. Bouaziz, M. Amlouk , S. Belgacem. Structural and optical properties of Cu2SnS3 sprayed thin films// Thin Solid Films. – 2009. – № 517.– С. 2530.

2. В.С. Захвалинский, Е.А. Пилюк. Методические указания к лабораторной работе « Исследование температурной зависимости электропроводности полупроводников» по физическим основам электроники и физике твёрдого тела для специальностей «Физика» и «Медицинская физика». − М.: − 2012. − 19 с.

3. Janos Madarasz, Petra Bombicz, Masayuki Okuya, Shoji Kaneko. Thermal decomposition of thiourea complexes of Cu(I), Zn(II), and Sn(II) cholorides as precursors for the spray pyrolysis deposition of sulphide thin films// Solid State Ionics. – 2001. – № 141. – С. 445.

4. А. М. Прохоров. Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия–режимдоступа:http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/2175/прыжковая

5. M.Guc, K.G. Lisunov, A. Nateprov, S. Levcenko, V. Tezlevan, and E. Arushanov. Transport properties og Cu2ZnSnS4//Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Academiei str. 5, Chisinau, MD-2028 Republic of Moldova. –2011. –C.143.

6. R Laiho, K G Lisunov, E L ahderanta, P A Petrenko, J Salminen, M A Shakhov, M O Safontchik, V S Stamov, M V Shubnikov, V S Zakhvalinskii// Variable - range hopping conductivity in La_1-xCa_xMn_1-yFe_yO₃: evidence of a complex gap in density of states near the Fermi level // Journal of physics : condensed matter. –2002. –C8043.

Код для цитирования: Скопировать