1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 12, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 12, стр. 884-893

Исследование особенностей электрохимического синтеза тонких пленок CNTS на подложках из титановой и танталовой фольги

В. В. Ракитин a, *, Л. С. Феоктистова b, М. В. Гапанович a, b, А. В. Станчик c, Д. М. Седловец d

a Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Черноголовка, Россия

b Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет фундаментальной физико-химической инженерии
Москва, Россия

c ГО “НПЦ НАН Беларуси по материаловедению”
Минск, Беларусь

d Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН
Черноголовка, Россия

* E-mail: domi-tyan@yandex.ru

Поступила в редакцию 27.01.2023
После доработки 22.05.2023
Принята к публикации 16.06.2023

Аннотация

В работе методом циклической вольтамперометрии изучены особенности электрохимического осаждения слоя меди на гибкие подложки из титана и тантала, а также режимы последовательного электрохимического осаждения слоя олова на Cu/Ti и Cu/Ta и слоя никеля на Sn/Cu/Ti и Sn/Cu/Ta из соответствующих растворов электролитов. Установлены потенциалы осаждения для каждого металлического слоя с учетом типа подложки, получен широкий набор стабильных прекурсорных пленок Cu–Sn–Ni/Ti и Cu–Sn–Ni/Ta. Оптимизирована стадия отжига в активной атмосфере серы (сульфуризация) с целью получения стабильных соединений состава Cu2NiSnS4. На основе полученных данных РФА и спектроскопии КР установлено, что для синтеза стабильных однофазных соединений состава Cu2NiSnS4 с поликристаллической структурой на Ta- и Ti-подложках необходим отжиг в активной атмосфере серы при 550°С в течение 60 мин.

Ключевые слова: циклическая вольтамперометрия, тонкие пленки Cu2NiSnS4, электрохимический синтез, солнечная энергетика

Список литературы

  1. Chandel, T., Thakur, V., Halaszova, S., Prochazka, M., Haško, D., Velic, D., and Poolla, R., Growth and properties of sprayed CZTS thin films, J. Electron. Mater., 2018, vol. 47, p. 5477.

  2. Hosseinpour, R., Izadifard, M., Ghazi, M.E., and Bahramian, B., Effect of annealing temperature on structural, optical, and electrical properties of sol–gel spin-coating-derived Cu2ZnSnS4 thin films, J. Electron. Mater., 2018, vol. 47, p. 1080.

  3. Fouad, S.S., El Radaf, I.M., Sharma, P., and El Bana, M.S., Multifunctional CZTS thin films: structural, optoelectrical, electrical and photovoltaic properties, J. Alloys Compd., 2018, vol. 757, p. 124.

  4. Marzougi, M., Ben Rabeh, M., and Kanzari, M., Effect of Na doping on structural and optical properties in Cu2ZnSnS4 thin films synthesized by thermal evaporation method, Thin Solid Films, 2019, vol. 672, p. 41.

  5. Ракитин, В.В., Новиков, Г.Ф. Солнечные преобразователи третьего поколения на основе четверных соединений меди со структурой кестерита. Успехи химии. 2017. Т. 86. С. 99. [Rakitin, V.V. and Novikov, G.F., Third-generation solar cells based on quaternary copper compounds with the kesterite-type structure, Russ. Chem. Rev., 2017, vol. 86, p. 99.]

  6. Гапанович, М.В., Ракитин, В.В., Новиков, Г.Ф. Новые поглощающие слои на основе четверных соединений меди Cu–A–B–S–Se (A = Ba, Sr, Fe, Ni, Mn; B = Si, Ge, Sn) для тонкопленочных солнечных элементов третьего поколения (обзор). Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. С. 3. [Gapanovich, M.V., Rakitin, V.V., and Novikov, G.F., New absorbers for third-generation thin-film solar cells based on Cu–A–B–S–Se (A = Ba, Sr, Fe, Ni, or Mn; B = Si, Ge, or Sn) quaternary copper compounds, Russ. J. Inorg. Chem., 2022, vol. 67, p. 1.]

  7. Ghosh, A., Thangavel, R., and Rajagopalan, M., First-principles study of structural stability and optical properties of Cu2XSnY4 (X = Fe, Co, Ni; Y = S, Se) for photovoltaic applications, Energ. Env. Focus, 2014, vol. 3, p. 142.

  8. Kamble, A., Mokurala, K., Gupta, A., Mallick, S., and Bhargava, P., Synthesis of Cu2NiSnS4 nanoparticles by hot injection method for photovoltaic applications, Mater. Lett., 2014, vol. 137, p. 440.

  9. Wang, T.-X., Li, Y.-G., Liu, H.-R., Li, H., and Chen, S.-X., Flower-like Cu2NiSnS4 nanoparticles synthesized by a facile solvothermal method, Mater. Lett., 2014, vol. 124, p. 148.

  10. Sarkar, S., Das, B., Midya, P.R., Das, G.C., and Chattopadhyay, K.K., Optical and thermoelectric properties of chalcogenide based Cu2NiSnS4 nanoparticles synthesized by a novel hydrothermal route, Mater. Lett., 2015, vol. 152, p. 155.

  11. Sarilmaz, A. and Ozel, F., Synthesis of band-gap tunable earth-abundant CXTS (X = Mn+2, Co+2, Ni+2 and Zn+2) nanorods: Toward a generalized synthesis strategy of quaternary chalcogenides, J. Alloys Compd., 2019, vol. 780, p. 518.

  12. Ozel, F., Earth-abundant quaternary semiconductor Cu2MSnS4 (M = Fe, Co, Ni and Mn) nanofibers: Fabrication, characterization and band gap arrangement, J. Alloys Compd., 2016, vol. 657, p. 157.

  13. Sahaya Dennish Babu, G., Shajan, X.S., Alwin, S., Ramasubbu, V., and Balerao, G.M., Effect of reaction period on stoichiometry, phase purity, and morphology of hydrothermally synthesized Cu2NiSnS4 nanopowder, J. Electron. Mater., 2018, vol. 47, p. 312.

  14. Ghosh, A., Biswas, A., Thangavel, R., and Udayabhanu, G., Photo-electrochemical properties and electronic band structure of kesterite copper chalcogenide Cu2–II–Sn–S4 (II = Fe, Co, Ni) thin films, RSC Adv., 2016, vol. 6, p. 96025.

  15. Dridi, S., Bitri, N., and Abaab, M., Synthesis of quaternary Cu2NiSnS4 thin films as a solar energy material prepared through “spray” technique, Mater. Lett., 2017, vol. 204, p. 61.

  16. Jariwala, A., Chaudhuri, T.K., Patel, S., Toshniwal, A., Kheraj, V., and Ray, A., Direct-coated copper nickel tin sulphide (Cu2NiSnS4) thin films from molecular ink, Mater. Lett., 2018, vol. 215, p. 118.

  17. Yang, C.L., Chen, Y.H., Lin, M., Wu, S.L., Li, L., Liu, W.C., Wu, X.S., and Zhang, F.M., Structural, optical and magnetic properties of Cu2NiSnS4 thin films deposited by facile one-step electrodeposition, Mater. Lett., 2016, vol. 166, p. 101.

  18. Chen, H.J., Fu, S.W., Tsai, T.C., and Shih, C.F., Quaternary Cu2NiSnS4 thin films as a solar material prepared through electrodeposition, Mater. Lett., 2016, vol. 166, p. 215.

  19. Chihi, A., Fethi, M., and Brahim, B., Synthesis and characterization of photoactive material Cu2NiSnS4 thin films, J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2019, vol. 30, p. 3338.

  20. Beraich, M., Taibi, M., Guenbour, A., Zarrouk, A., Bellaouchou, A., and Fahoume, M., Synthesis of tetragonal Cu2NiSnS4 thin film via low-cost electrodeposition method: effect of Ni2+ molarity, J. Electr. Mater., 2019, vol. 49, p, 728.

  21. Ракитин, В.В., Гапанович, М.В., Новиков, Г.Ф. Формирование примесной фазы MoS2 на границе CZTS/Mo в процессе сульфуризации прекурсорных пленок Cu–Zn–Sn. Изв. Акад. наук. Сер. хим. 2015. Т. 11. С. 2586. [Rakitin, V.V., Gapanovich, M.V., and Novikov, G.F., The formation of MoS2 secondary phase at the Cu–Zn–Sn–S/Mo interface during the sulfurization process of Cu–Zn–Sn precursor films, Russ. Chem. Bull., 2015, vol. 64, p. 2586.]

  22. Hansen, R.M., Adherent electroplating on molybdenum, PhD thesis, Newark College of Engineering, New Jersey (1952).

  23. Ait elhaj, D., El kissani, A., Elyaagoubi, M., Ait dads, H., Welatta, F., Nkhaili, L., Chaib, H., and Outzourhit, A., Development of Cu2NiSnS4 based thin film solar cells without a sulfurization step, Mater. Sci. Semicond. Proces., 2020, vol. 107, p. 104811.

  24. Ozel, F., Aslan, E., Istanbullu, B., Akay, O., and Hatay Patir, I., Photocatalytic hydrogen evolution based on Cu2ZnSnS4, Cu2NiSnS4 and Cu2CoSnS4 nanocrystals, Appl. Catal. B: Envir., 2016, vol. 198, p. 67.

  25. Sahoo, M.K., Gusain, M., Thangriyal, S., Nagarajan, R., and Rao, G.R., Energy storage study of trimetallic Cu2MSnS4 (M: Fe, Co, Ni) nanomaterials prepared by sequential crystallization method, J. Solid State Chem., 2020, vol. 282, p. 121049.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал