Evropští vědci se zabývali tím, jak by mohl být fosfid zinečnatý použit při vývoji solárních článků. A zjistili, že monokrystalické tenké filmy by mohly fungovat lépe než polykrystalické filmy v elektrických zařízeních. Zjistili také, že výkon takových filmů přímo koreluje s poměrem zinek/fosfid.
Mezinárodní výzkumná skupina vedená švýcarskou Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) se zabývala elektrickými vlastnostmi fosfidu zinečnatého (fZn3P2 ), v dalším pokusu zvážit jeho použití jako absorpčního materiálu v solárních článcích. Dosud články založené na fZn3P2 dosáhly velmi omezené účinnosti přeměny energie v důsledku vnitřních omezení jejich elektrických vlastností, jako je mobilita menšinových nosičů a difúzní délky nosičů.
Vědci popsali svá zjištění v článku „Poměr a mikrostruktura Zn/P definují hustotu nosičů a elektrický transportní mechanismus v tenkých filmech Zn3-xP2+y hojných na Zemi“. Ten se nedávno publikoval v Solar Energy Materials and Solar Cells. Hodnotili elektrické vlastnosti a také chemické složení a mikrostrukturu polykrystalických a monokrystalických tenkých vrstev Zn3P2 pěstovaných na substrátech z fosfidu india (InP).
,,Předvádíme techniku výroby zařízení, která obchází výzvy vyplývající z mikrotrhlin přítomných v monokrystalických tenkých filmech,“ uvedli. „Teplotně závislá měření objasnila defektní stavy a jejich příspěvek k transportu v tenkých vrstvách Zn3P2. Ukazujeme tak, že podmínky růstu hrají zásadní roli při určování elektrických vlastností daných tenkých vrstev.“
Skupina vyrobila několik elektrických zařízení založených na tenkých vrstvách pěstovaných buď na dopovaných (n-a p-typu) a nedopovaných InP substrátech. Porovnávali jejich výkon s ohledem na proudově-napěťovou charakteristiku heteropřechodu Zn3P2/InP. Nanášeli filmy Zn3P2 prostřednictvím plazmou zesílené chemické depozice z plynné fáze (PECVD).
Nový pokus navrhnout solární články na bázi fosfidu zinečnatého
Akademici zjistili, že tenký film poly-Zn3P2 má drsný horní povrch. Zatímco tenký film mono-Zn3P2 má hladkou morfologii v průřezu a relativně plochý horní povrch. Zjistili také, že tenký film mono-Zn3P2 má hodnoty měrného odporu v rozmezí 150 Ω cm až 1 050 Ω cm a první z nich v rozmezí 6 500 Ω cm až 9 000 Ω cm.
,,Obrovský rozdíl v hodnotě měrného odporu lze přičíst přítomnosti hranic zrn v tenkých filmech poly-Zn3P2. Což by mohlo přispět ke zvýšenému rozptylu nosičů náboje,“ vysvětlili vědci.
Dodatečná analýza ukázala, že film mono-Zn3P2 mohl dosáhnout vyšších hodnot proudové hustoty. A to ve srovnání se zařízením poly-Zn3P2. Vědci připisovali nižší hodnotu proudové hustoty polykrystalického tenkého filmu vysokému měrnému odporu v materiálu.
„Vysoce kvalitní monokrystalické tenké filmy Zn3P2 se střední koncentrací nosičů prokázaly vysokou pohyblivost otvoru (125 cm 2/Vs) při pokojové teplotě. Což ukazuje, že podmínky růstu a složení materiálu hrají nedílnou roli při ladění funkčnosti materiálu“ řekli výzkumníci. ,,Odhalili jsme dopad neúmyslného dopingu způsobeného změnami v poměru Zn/P na elektrické vlastnosti materiálu.“
Jejich závěr je, že koncentrace nosiče v zařízeních přímo koreluje s poměrem Zn/P.
,,Tato práce vrhá světlo na elektrické vlastnosti a vodivostní mechanismus. Čímž poskytuje lepší pochopení omezení a potenciálu elektrických zařízení souvisejících s materiálem,“ uvedli vědci.
V týmu jsou vědci z Universidad de Salamanca ve Španělsku.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
