Abstract

ZnS thin films are promising as a buffer layer in solar cells, which can be basis of photovoltaic cells, photoelectric sensors, and light-emitting diodes. For the preparation of thin ZnS films by chemical bath deposition, thioacetamide or thiourea is used as a chalcogenization agent, and ammonia, triethanolamine and sodium citrate are mainly used as ligands, carrying out the process in an alkaline medium. In the present work, in order to predict the conditions of hydrochemical deposition of ZnS films, we have analyzed ionic equilibria in two reaction systems “ZnCl2 - NH4OH - CH3CNH2” and “ZnCl2 - CH3CSNH2 - KHC8H4O4” that differ in acidity of the medium. An analysis of ionic equilibrium showed that in the first bath ~80% of the metal is in the form of a neutral hydroxo complex Zn(OH)2 at pH > 7, and in the second more than 98% of zinc is present as acetate complexes Zn(CH3COO)+ and Zn(CH3COO)2 in the range of pH from 0 to 7. The thermodynamic evaluation of the boundary conditions for the formation of zinc sulfide made it possible to conclude that a zinc sulfide film can be formed in both systems without the admixture of Zn(OH)2 hydroxide. ZnS films were obtained by hydrochemical deposition with thick about 100 nm from both systems. Using local energy-dispersive elemental analysis, it was found that the average ratio between the main elements of Zn and S in the layers obtained in an alkaline medium is 49.48 and 50.52 at.%, and in the synthesized from acidic solutions - 50.35 and 49.65 at.%. According to the data of electron microscopy, up to 85% of the agglomerates have an average size of 200-450 nm that formed from ZnS particles growing in an alkaline reaction bath. At the same time, there are aggregates whose dimensions reach 700 nm. The layers that deposited from relatively acidic solutions are distinguished by a higher degree of dispersion. Here up to ~90% of the film-forming particles is in the nanoscale range from 50 to 90 nm.
Translated title of the contributionChemical bath synthesis of metal chalcogenide films. Part 39. Chemical bath deposition of ZnS films by thioacetamide
Original languageRussian
Pages (from-to)115-126
Number of pages10
JournalБутлеровские сообщения
Volume57
Issue number1
Publication statusPublished - 2019

Fingerprint

Thioacetamide
Metals
Thin films
Thiourea
Photovoltaic cells
Buffer layers
Ammonia
Acidity
Electron microscopy
Light emitting diodes
Zinc
Solar cells
Acetates
Boundary conditions
Thermodynamics
Ligands
Sensors
Chemical analysis
zinc sulfide

GRNTI

  • 31.00.00 CHEMISTRY

Level of Research Output

  • VAK List

Cite this

@article{c51b667d9c2b4cfd9e5c6ea5f28446c8,
title = "ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ. ЧАСТЬ 39. ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ZNS ТИОАЦЕТАМИДОМ",
abstract = "Тонкие пленки ZnS перспективны в качестве буферного слоя в солнечных элементах, на их основе разрабатывают фотогальванические элементы, фотоэлектрические датчики, светоизлучающие диоды. Для получения тонких пленок ZnS путем гидрохимического осаждения в качестве халькогенизатора используют тиоацетамид или тиомочевину, а роль лигандов выполняет в основном аммиак, триэтаноламин и цитрат натрия, осуществляя процесс в щелочной среде. В настоящей работе с целью прогнозирования условий гидрохимического осаждения пленок ZnS проведен анализ ионных равновесий в двух, отличающихся по кислотности среды, реакционных системах «ZnCl2 - NH4OH - CH3CSNH2» и «ZnCl2 - CH3CSNH2 - KHC8H4O4». Анализ ионных равновесий показал, что при рН > 7 в первой ванне ~80{\%} металла находится в форме нейтрального гидроксокомплекса Zn(OH)2, а во второй в диапазоне 0 ≤ pH ≤ 7 - более 98{\%} цинка присутствует в виде ацетатных комплексов Zn(CH3COO)+ и Zn(CH3COO)2. Термодинамическая оценка граничных условий образования сульфида цинка позволила сделать вывод о возможности формирования пленки сульфида цинка в обеих системах без примеси гидроксида Zn(OH)2. Из обеих систем гидрохимическим осаждением получены пленки ZnS толщиной ~100 нм. С использованием локального энерго-дисперсионного элементного анализа установлено, что среднее соотношение между основными элементами Zn и S в слоях, полученных в щелочной среде, составляет 49.48 и 50.52 ат.{\%}, а в синтезированных из кислых растворов - 50.35 и 49.65 ат.{\%}. По данным проведенной электронной микроскопии до 85 {\%} агломератов, сформированных из частиц, образующих пленку ZnS в щелочной реакционной ванне, имеют средние размеры 200-450 нм. При этом имеются агрегаты, размеры которых достигают 700 нм. Слои же, осажденные из относительно кислых растворов, отличаются более высокой степенью дисперсности. В них до ~90{\%}, образующих пленку частиц находится в наноразмерном диапазоне от 50 до 90 нм.",
author = "Маскаева, {Лариса Николаевна} and Кутявина, {Анастасия Дмитриевна} and Жданова, {Анна Ивановна} and Гагарин, {Роман Алексеевич} and Виноградова, {Татьяна Владимировна} and Марков, {Вячеслав Филиппович}",
year = "2019",
language = "Русский",
volume = "57",
pages = "115--126",
journal = "Бутлеровские сообщения",
issn = "2074-0212",
publisher = "Общество с ограниченной ответственностью {"}Инновационно-издательский дом {"}Бутлеровское наследие{"}",
number = "1",

}

TY - JOUR

T1 - ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПЛЕНОК ХАЛЬКОГЕНИДОВ МЕТАЛЛОВ. ЧАСТЬ 39. ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ТОНКИХ ПЛЕНОК ZNS ТИОАЦЕТАМИДОМ

AU - Маскаева, Лариса Николаевна

AU - Кутявина, Анастасия Дмитриевна

AU - Жданова, Анна Ивановна

AU - Гагарин, Роман Алексеевич

AU - Виноградова, Татьяна Владимировна

AU - Марков, Вячеслав Филиппович

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Тонкие пленки ZnS перспективны в качестве буферного слоя в солнечных элементах, на их основе разрабатывают фотогальванические элементы, фотоэлектрические датчики, светоизлучающие диоды. Для получения тонких пленок ZnS путем гидрохимического осаждения в качестве халькогенизатора используют тиоацетамид или тиомочевину, а роль лигандов выполняет в основном аммиак, триэтаноламин и цитрат натрия, осуществляя процесс в щелочной среде. В настоящей работе с целью прогнозирования условий гидрохимического осаждения пленок ZnS проведен анализ ионных равновесий в двух, отличающихся по кислотности среды, реакционных системах «ZnCl2 - NH4OH - CH3CSNH2» и «ZnCl2 - CH3CSNH2 - KHC8H4O4». Анализ ионных равновесий показал, что при рН > 7 в первой ванне ~80% металла находится в форме нейтрального гидроксокомплекса Zn(OH)2, а во второй в диапазоне 0 ≤ pH ≤ 7 - более 98% цинка присутствует в виде ацетатных комплексов Zn(CH3COO)+ и Zn(CH3COO)2. Термодинамическая оценка граничных условий образования сульфида цинка позволила сделать вывод о возможности формирования пленки сульфида цинка в обеих системах без примеси гидроксида Zn(OH)2. Из обеих систем гидрохимическим осаждением получены пленки ZnS толщиной ~100 нм. С использованием локального энерго-дисперсионного элементного анализа установлено, что среднее соотношение между основными элементами Zn и S в слоях, полученных в щелочной среде, составляет 49.48 и 50.52 ат.%, а в синтезированных из кислых растворов - 50.35 и 49.65 ат.%. По данным проведенной электронной микроскопии до 85 % агломератов, сформированных из частиц, образующих пленку ZnS в щелочной реакционной ванне, имеют средние размеры 200-450 нм. При этом имеются агрегаты, размеры которых достигают 700 нм. Слои же, осажденные из относительно кислых растворов, отличаются более высокой степенью дисперсности. В них до ~90%, образующих пленку частиц находится в наноразмерном диапазоне от 50 до 90 нм.

AB - Тонкие пленки ZnS перспективны в качестве буферного слоя в солнечных элементах, на их основе разрабатывают фотогальванические элементы, фотоэлектрические датчики, светоизлучающие диоды. Для получения тонких пленок ZnS путем гидрохимического осаждения в качестве халькогенизатора используют тиоацетамид или тиомочевину, а роль лигандов выполняет в основном аммиак, триэтаноламин и цитрат натрия, осуществляя процесс в щелочной среде. В настоящей работе с целью прогнозирования условий гидрохимического осаждения пленок ZnS проведен анализ ионных равновесий в двух, отличающихся по кислотности среды, реакционных системах «ZnCl2 - NH4OH - CH3CSNH2» и «ZnCl2 - CH3CSNH2 - KHC8H4O4». Анализ ионных равновесий показал, что при рН > 7 в первой ванне ~80% металла находится в форме нейтрального гидроксокомплекса Zn(OH)2, а во второй в диапазоне 0 ≤ pH ≤ 7 - более 98% цинка присутствует в виде ацетатных комплексов Zn(CH3COO)+ и Zn(CH3COO)2. Термодинамическая оценка граничных условий образования сульфида цинка позволила сделать вывод о возможности формирования пленки сульфида цинка в обеих системах без примеси гидроксида Zn(OH)2. Из обеих систем гидрохимическим осаждением получены пленки ZnS толщиной ~100 нм. С использованием локального энерго-дисперсионного элементного анализа установлено, что среднее соотношение между основными элементами Zn и S в слоях, полученных в щелочной среде, составляет 49.48 и 50.52 ат.%, а в синтезированных из кислых растворов - 50.35 и 49.65 ат.%. По данным проведенной электронной микроскопии до 85 % агломератов, сформированных из частиц, образующих пленку ZnS в щелочной реакционной ванне, имеют средние размеры 200-450 нм. При этом имеются агрегаты, размеры которых достигают 700 нм. Слои же, осажденные из относительно кислых растворов, отличаются более высокой степенью дисперсности. В них до ~90%, образующих пленку частиц находится в наноразмерном диапазоне от 50 до 90 нм.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=37084699

M3 - Статья

VL - 57

SP - 115

EP - 126

JO - Бутлеровские сообщения

JF - Бутлеровские сообщения

SN - 2074-0212

IS - 1

ER -