A study of ternary Cu2SnS3 and Cu3SnS4 thin films prepared by sulfurizing stacked metal precursors

Thin films of Cu2SnS3 and Cu3SnS4 were grown by sulfurization of dc magnetron sputtered Sn–Cu metallic precursors in a S2 atmosphere. Different maximum sulfurization temperatures were tested which allowed the study of the Cu2SnS3 phase changes. For a temperature of 350 ◦C the films were composed of tetragonal (I -42m) Cu2SnS3. The films sulfurized at a maximum temperature of 400 ◦C presented a cubic (F-43m) Cu2SnS3 phase. On increasing the temperature up to 520 ◦C, the Sn content of the layer decreased and orthorhombic (Pmn21) Cu3SnS4 was formed. The phase identification and structural analysis were performed using x-ray diffraction (XRD) and electron backscattered diffraction (EBSD) analysis. Raman scattering analysis was also performed and a comparison with XRD and EBSD data allowed the assignment of peaks at 336 and 351 cm−1 for tetragonal Cu2SnS3, 303 and 355 cm−1 for cubic Cu2SnS3, and 318, 348 and 295 cm−1 for the Cu3SnS4 phase. Compositional analysis was done using energy dispersive spectroscopy and induced coupled plasma analysis. Scanning electron microscopy was used to study the morphology of the layers. Transmittance and reflectance measurements permitted the estimation of absorbance and band gap. These ternary compounds present a high absorbance value close to 104 cm−1. The estimated band gap energy was 1.35 eV for tetragonal (I -42m) Cu2SnS3, 0.96 eV for cubic (F-43m) Cu2SnS3 and 1.60 eV for orthorhombic (Pmn21) Cu3SnS4. A hot point probe was used for the determination of semiconductor conductivity type. The results show that all the samples are p-type semiconductors. A four-point probe was used to obtain the resistivity of these samples. The resistivities for tetragonal Cu2SnS3, cubic Cu2SnS3 and orthorhombic (Pmn21) Cu3SnS4 are 4.59 × 10−2 cm, 1.26 × 10−2 cm, 7.40 × 10−4 cm, respectively.

Assessment of the potential of tin sulphide thin films prepared by sulphurization of metallic precursors as cell absorbers

In this work, SnxSy thin films have been grown on soda-lime glass substrates by sulphurization of metallic precursors in a nitrogen plus sulphur vapour atmosphere. Different sulphurization temperatures were tested, ranging from 300 °C to 520 °C. The resulting phases were structurally investigated by X-Ray Diffraction and Raman spectroscopy. Composition was studied using Energy Dispersive Spectroscopy being then correlated with the sulphurization temperature. Optical measurements were performed to obtain transmittance and reflectance spectra, from which the energy band gaps, were estimated. The values obtained were 1.17 eV for the indirect transition and for the direct transition the values varied from 1.26 eV to 1.57 eV. Electrical characterization using Hot Point Probe showed that all samples were p-type semiconductors. Solar cells were built using the structure: SLG/Mo/SnxSy/CdS/ZnO:Ga and the best result for solar cell efficiency was 0.17%.

Estudo da influência de variáveis do processo de corte em ‘wafers’ para semicondutores nas avarias eléctricas devidas a ‘curling’

Mestrado em Engenharia Mecânica - Materiais e Tecnologias de Fabrico

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

Estudo da qualidade de processos na fabricação de semicondutores

A indústria de semicondutores é um sector em permanente evolução tecnológica. A tendência de miniaturização e de otimização do espaço, a necessidade de produzir circuitos cada vez mais complexos, a tendência para o incremento do número de camadas em cada circuito integrado, são as condições necessárias para que a evolução tecnológica nesta área seja uma constante. Os processos ligados à produção de semicondutores estão também em permanente evolução, dada a pressão efetuada pelas necessidades acima expostas. Os equipamentos necessitam de uma crescente precisão, a qual tem que ser acompanhada de procedimentos rigorosos para que a qualidade atingida tenha sempre o patamar desejado. No entanto, a constante evolução nem sempre permite um adequado levantamento de todas as causas que estão na origem de alguns problemas detetados na fabricação de semicondutores. Este trabalho teve por objetivo efetuar um levantamento dos processos ligados ao fabrico de semicondutores a partir de uma pastilha de silício (wafer) previamente realizada, identificando para cada processo os possíveis defeitos introduzidos pelo mesmo, procurando inventariar as causas possíveis que possam estar na origem desse defeito e realizar procedimentos que permitam criar regras e procedimentos perfeitamente estabelecidos que permitam aprender com os erros e evitar que os mesmos problemas se possam vir a repetir em situações análogas em outros produtos de uma mesma família.