Search academic texts

Information × Registration Number 0823U101885, PhD dissertation Status Доктор філософії Date 26-12-2023 popup.evolution o Title Structural, substructural and optical characteristics of nanoparticles and films of NiO, ZnO, Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 compounds obtained by 3D printing Author Stanislav Kakherskyi, popup.head Anatolii Opanasyuk popup.opponent Stanislav Denisov popup.opponent Roman Zaitsev popup.review Oleksandr Goncharov popup.review Yurii Shabelnyk Description Дисертаційна робота присвячена створенню матеріалознавчих основ керування структурно-чутливими характеристиками наночастинок та плівок NiO, ZnO, Cu2ZnSn(SxSe1−x)4, одержаних за допомогою 3D друку при різних фізико-технологічних умовах, та їх оптимізації. У результаті одержані модельні зразки, придатні у подальшому для виготовлення приладів електроніки, в першу чергу сонячних елементах (СЕ) третього покоління. СЕ на основі поглинальних шарів Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 на цей час залишаються малоефективними, що пов’язано з утворенням великої кількості вторинних фаз і власних структурних дефектів в матеріалі та неоптимізованою конструкцією приладів. Підвищення ККД фотоперетворювачів (ФЕП), можливе шляхом оптимізації їх конструкції та використання однофазних структурнодосконалих плівок з контрольованим ансамблем власних точкових дефектів. Методи одержання робочих шарів СЕ повинні легко масштабуватися, бути низько енергетичними, безвакуумними та екологічно безпечними. Для досягнення мети роботи було проведено моделювання фізичних процесів у ФЕП на основі гетеропереходів n-CdS / р-Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 із фронтальними струмознімальними шарами на основі прозорих провідних оксидів n-ITO (ZnO). Було визначено оптимальний склад твердого розчину кестеритної сполуки та конструктивні особливості тонкоплівкових СЕ, які забезпечують їх максимальну ефективність. Також було розраховано максимальну теоретичну ефективність таких приладів. Для одержання однофазних плівок твердих розчинів Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 та оксидів металів з заданих складом і характеристиками в роботі запропонована процедура, що включала синтез наночастинок цих сполук контрольованого хімічного складу та формування чорнил, які в подальшому використані для нанесення плівок низькотемпературним методом друку на принтері. Для видалення органічних домішок, які використовувалися при синтезі наночастинок і створенні чорнил та поліпшення структурної якості плівок, на останньому етапі вони відпалюються. З використанням 3D принтера, чорнилами на основі синтезованих наночастинок, шляхом заміни традиційної голівки на таку, яка дозволяє це робити, надруковано плівки оксидних та кестеритних сполук з відтворюваними характеристиками. Досліджені їх морфологічні, структурні, субструктурні, оптичні, електрофізичні властивості та елементний склад в залежності від умов друку та післяростових відпалів. Це дозволило встановити зв'язок між ними, визначити оптимальні умови нанесення і відпалу плівок з характеристиками, що необхідні для їх використання як базових шарів ФЕП та активних елементів приладів гнучкої електроніки. Таким чином, в роботі на основі апробованого програмного забезпечення вперше проведено визначення оптичних втрат енергії у СЕ з конструкцією скло/n-ITO(ZnO)/n-CdS/p- Cu2ZnSn(SxSe1−x)4/тильний контакт. Вивчений вплив цих втрат на фотоелектричні характеристики приладів в результаті чого вибрані оптимальний склад твердого розчину (Cu2ZnSn(S0,30Se0,70)4 за даними роботи [1] і Cu2ZnSn(S0,48Se0,52)4 за даними роботи [2]) і конструкція ФЕП та визначені фізично доцільні товщини функціональних шарів приладу (dZnO = 100 нм, dCdS = 25 нм). Вперше запропоновано новий спосіб поліольного синтезу наночастинок сполуки Cu2ZnSnSe4 (Cu2ZnSnS4), де як джерело Se (S) використано аморфний селен (сірку) замість традиційної селеномочевини (тіомочевини). Підібрано оптимальні умови синтезу: температуру (Т = 553 К), час ( = 120 хв) та молярне співвідношення компонентів у прекурсорі (2:1,5:1:4), при яких нанокристали мали однофазну структуру кестеритного типу та склад (СCu = 29,0 ат.%, СZn = 12,1 ат.%, СSn = 12,7 ат.%, СSe(S) = 46,2 ат.%), близький до стехіометричного. Використання для синтезу елементарного селену дозволило значно здешевити процедуру одержання цих сполук. Вперше з використанням безпечних для здоров’я людини та екології прекурсорів розроблено метод синтезу наночастинок твердого розчину Cu2ZnSn(SxSe1−x)4 з однофазною структурою та керованим складом. З використанням суспензій цих частинок низькотемпературним методом 3D друку одержані плівки з контрольованими характеристиками. В результаті вдалося спростити процес нанесення плівок твердих розчинів за рахунок відмови від відпалу зразків Cu2ZnSnS4, при температурах (773–823) К в середовищі селену, зменшити собівартість синтезу, використавши як джерела халькогенів елементарні сірку і селен замість високовартісних органоселенідів та органічних розчинників. Установлено фізико-технологічні умови отримання методом 3D друку однофазних високотекстурованих та суцільних плівок ZnO, NiO, Cu2ZnSn(SxSe1−x)4) з великими розмірами ОКР (L), низьким рівнем мікродеформацій та мікронапружень, густиною дислокацій і керованою стехіометрією, придатних для приладового використання. Виявлені умови їх післяростового відпалу (Ta), що забезпечують покращення якості структури плівок та видалення сторонніх органічних домішок. Registration Date 2023-12-19 popup.nrat_date 2023-12-19 Close