En
Ru
Vol. 51 (2015), Issue 3, p. 67-72
Photoelectrochemical Characterization of Chalcopyrite Cu(In0.6Ga0.4)3Se5
Abstract
УДК 544
The compound Cu(In0.6Ga0.4)3Se5 prepared by fusion in sealed tube is a wide band gap semiconductor; it crystallizes in the P-chalcopyrite structure with a direct transition of 1.42 eV. Its transport pro-perties exhibit a semi-conducting behavior, which seem to be not intrinsic but rather attributed to selenium vacancies, and the conductivity is well described by small-polaron hopping: σ = σ0exp{-29/kT}(Ω×cm)-1 with an effective mass of ~ 2 m0. The thermo-power is negative and changes little with temperature, suggesting that the conduction mechanism is mostly due to electron hopping. The analyzed material shows a chemical stability over a broad pH range; the semi-logarithmic plot in KOH solution displays an exchange current density of 27 µA×cm-2 and a corrosion potential of -0.204 VSCE. The capacitance measurement (C-2–V) exhibits a linear behavior, characteristic of n type conductivity, from which a flat band potential of -0.530 VSCE and an electron density of 3.49 ´ 1020 cm-3 are determined. The Nyquist plot shows a semicircle due to the predominance of the bulk contribution (= 127 Ω×cm2) and a low density of surface states. The centre is localized below the real axis with a depression angle of 12° ascribed to a constant phase element (CPE). The straight line in the low frequencies region is due to the Warburg diffusion.
Keywords: chalcopyrite Cu(In0.6Ga0.4)3Se5, small-polaron hopping, photoelectrochemical characterization, electrochemical impedance spectroscopy.
Соединение Cu(In0.6Ga0.4)3Se5, полученное синтезом в запаянной трубке, является широкозонным полупроводником, который кристаллизуется, приобретая халькопиритную структуру р-типа с прямым переходом 1,42 эВ. При транспорте, проявляются полупроводниковые характеристики полученного соединения, которые не являются его собственными, изначально присущими, а, скорее, приобретенными вследствие наличия вакансий селена; его проводимость хорошо описывается перескоком полярона малого радиуса: σ = σ0exp{-29/kT}(Ω×cм)-1, с эффективной массой ~ 2 m0. Его тепловая энергия отрицательна и почти не изменяется при изменениях температуры, что можно объяснить тем, что механизм теплопроводности зависит от перескоков полярона. Анализируемое соединение обладает химической устойчивостью в широком диапазоне значений pH. Полулогарифмический график в растворе KOH показывает плотность тока при перескоке 27 µA×cм-2 и вероятность коррозии -0,204 VSCE. Емкостное сопротивление (C-2–V) показывает линейное поведение, характерное для проводимости n-типа, откуда можно определить вероятность плоской зоны как -0,530 VSCE и плотность электронов как 3,49 ´ 1020 cм-3. На диаграмме Найквиста приведен полукруг из-за преобладания вклада внутренней структуры (= 127 Ω×см2) и низкой плотности поверхностных состояний. Центр расположен ниже реальной оси, с углом наклона пели 12°, за счет постоянного элемента фазы (ПЭФ). Прямая линия в области низких частот объясняется диффузией Вартбурга.
Ключевые слова: халькопирит Cu(In0.6Ga0.4)3Se5, перескок полярона малого радиуса, фотоэлектро-химические характеристики, электрохимическая импедансная спектроскопия.
Download full-text PDF. 2884 downloads
Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.