Elaboration and structural characterization of thin films of chalcopryite (CuFeS2)

S. Moufok1*, N. Hamdadou1,2, A. Khelil1, J. C. Bernede3

1 Université d’Oran, Laboratoire de Physique des Matériaux et Composants pour l’Electronique LPCM2E,

B.P 1524 El Mnaouer Oran-Algérie

2 ENSET-Oran, Département des sciences exactes, B.P 1523 El Mnaouer Oran-Algérie

3 LPSE-FSTN, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, B.P 92208, 44322 Nantes Cedex 3, France.

* Corresponding author.

Received: 30 March 2006; revised version accepted:15 June 2007

Abstract

The chalcopyrite CuFeS2 is a semi conducting material with direct gap of 0.6ev , interesting value for the thermophotovoltaic applications. In a TPV system, the thermos infra-red radiation is transformed in electricity by photoelectric cells. The TPV system can work just for. Temperature sources adjoined 1500K, and this, requires semi conducting materials of small gap ( 0.6eV), a selective transmitting material and a dark matter. same thin films of CuFeS2 have been elaborated in order to be used as absorbed films in photoelectric cells of the T.P.V systems.

The elaboration is set up on two steps. The first one consists on laying down a layer of metal precursor CuFe, through alternated evaporations made under-vacuum ( p=10-3 Pa) of thin layer Cu/Fe…../Cu with the ante required atomic link. The deposit of the layer of CuFe was made on glass substrate heated to 723k. In the second step, the slender film of CuFe was subjected to a sulphuration during 20mn, at a temperature of 773k. The characterization of the thin film obtained has been set up by diffraction of the X Rays (XRD),the micro analysis, photoelectrons spectroscopy and the electronic microscopy scanning. The thin films of CuFeS2 already got crystallized in the chalcopyrite structure with the data of the JCPDS a=5.26A° and c=10.26A° they are homogeneous and offer good structural qualities.

Keywords: Thin film, CuFeS2; Sulphuration; Structural properties; XRD; XPS; Micro-analysis,

Résumé

La chalcopyrite CuFeS2 est un matériau semiconducteur à bande interdite directe de largeur 0.6 eV, valeur intéressante pour les applications thermophotovoltaïques (TPV).

Dans un système TPV, la radiation thermique infrarouge est convertie en électricité par des cellules photoélectriques. Le fonctionnement d’un système TPV ne peut se faire que pour des sources de températures avoisinant 1500 K, et ceci nécessite des matériaux semiconducteurs de faible largeur de la bande interdite (0.4-0.7 eV), ainsi qu’un matériau émetteur sélectif et un corps noir.

Des couches minces de CuFeS2 ont été élaborées dans le but d’être utilisées comme couches absorbantes dans des cellules photoélectriques des systèmes thermophotovoltaïques.

L’élaboration est établie sur deux étapes, la première consistait à déposer une couche de précurseur métallique CuFe, par des évaporations alternées sous vide (10-3Pa) de couches minces Cu/Fe…/Cu avec le rapport atomique pré requis. Les couches de Cu et de Fe sont déposées sur des substrats en verre chauffés à 723 K.Dans la deuxième étape, la couche mince du précurseur CuFe était soumise à une sulfuration, pendant 20 minutes à la température 773 K. La caractérisation structurale des couches minces obtenues a été établie par la diffraction de rayons X (DRX), la microanalyse, la spectroscopie de photoélectrons (XPS) et la microscopie électronique à balayage.Les couches minces de CuFeS2 obtenues cristallisaient dans la structure chalcopyrite avec les paramètres du réseau 5.26A° et 10.26A°, elles sont homogènes et présentent de bonnes qualités structurales.

Mots clés : Couche mince, CuFeS2; Sulfuration; Propriétés structurales; DRX; XPS; Microanalyse; MEB.

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