Сульфід кадмію (CdS) належить до напівпровідникових матеріалів, які вважаються перспективними матеріалами для виготовлення сонячних елементів, зокрема в якості поглинаючого і буферного шарів. Такі шари використовуються в сонячних елементах нового покоління з досить тонким поглинаючим шаром ідея застосування якого, базується на використанні досягнень нанотехнологій [1,2].
Нанокристали сульфіду кадмію було отримано електролітичним методом в скляному електролізері з кадмієвими електродами. В якості електроліту використовувався розчин тіосульфату натрію в дистильованій води, концентрація якого змінювалася в межах (12,5 – 74,3) г/л. Процес електролізу проводився за температури електроліту, яка змінювалася від кімнатної до 100 0С. Тривалість експерименту складала 2 год., при густині струму від 3,4 10-3 до 1,0 10-2 А/см2. Живлення електролізера здійснювалося від регульованого стабілізованого джерела постійного струму. Для рівномірного використання кадмію здійснювався реверс напряму постійного струму. Час реверсування складав 30 хв.
Після закінчення електролізу електроліт, фільтрували за допомогою паперового фільтру і отриманий порошок промивали п’ятикратним об'ємом дистильованої води. Зразки висушували на повітрі при кімнатній температурі. В кожному експерименті визначали масу кадмієвих електродів і масу отриманого порошку.
Іонометр И-130 М був використаний для визначення рН електроліту, який відповідно на початку і в кінці процесу отримання наночастинок складав 8,1 і 8,6. Рентгенівські дослідження проводилися на рентгенівського дифрактометрі ДРОН – 4 з використанням CuKα випромінювання за кімнатної температури. Анодна напруга і сила струму складали відповідно 41 кВ і 21 мА. Крок сканування дифрактограми 0,05 0С, а час експозиції 5 с.
Сульфід кадмію кристалізується в двох різних системах: кубічній (Td2 – типу сфалерит і гексагональній (C36V) – типу вюрцит. В залежності від умов отримання його колір може змінюватися від золотисто-жовтого до жовто-червоного. В нашому випадку був отриманий порошок червоного кольору. Рентгенострутурний аналіз показав, що був отриманий кубічний CdS, який менш досліджений, чим гексагональний. Рефлекси мають значну півширину, що свідчить про малі розміри нанокристалів. Розміри нанокристалів визначали з використанням формули Дебая-Шеррера і методом Вільямсона-Холла, причому останній метод дозволяв отримати інформація, як про розміри, так і про механічні напруження, які діють в нанокристалах. Особливості смнтезу нанокристалів і їх фізичні параметитри наведені в табл. 1.
Табл. 1. Умови отримання і розміри нанокристалів сульфіду кадмію
|
№п/п |
Концентрація електроліту |
Температура електроліту |
D, нм (формула Дебая-Шеррера) |
D, нм (метод Вільямсона-Холла) |
Механічна напруга, Па |
|
1 |
74,3 г/л |
98 0С |
3,0 |
5,7 |
5,8 * 108 |
|
2 |
12,5 г/л |
98 0С |
3,0 |
3,3 |
1,6 * 108 |
З табл. 1 видно, що при зменшенні концентрації електроліту розміри нанокристалів і механічні напруги зменшуються (метод Вільямсона-Холл),. хоча використання формули Дебая-Шеррера
показує однакові розміри.
Після закінчення процесу отримання наночастинок сульфіду цинку частина електроліту була використана для вимірювання спектрів пропускання. Вимірювання спектрів пропускання проводилося на спектрофотометрі Carry-50 за кімнатної температури. CdS належить до прямозонних напівпровідників, а тому для визначення ширини забороненої зони з спектрів пропускання були розрахована величина αhν, де α – коефіцієнт поглинання, h – стала Планка і ν частота фотона. Був побудований графік залежності величини (αhν)2 від енергії фотона hν і з прямолінійної ділянки знайдено ширину забороненої зона, яка складає 2,75 еВ (Рис. 1).
Список літератури:
1. С.А. Гаврилов, А.А. Шерченков, А.Б. Апальков, Д.А. Кравченко, Российские нанотехнологии 1 №1-2, 228 (2006).
2. Xiying Ma, Gongxuan Lu, Baojun Yang, Applied Surface Science, 187, 235 (2002).
