physical and chemical proprieties of CuInS2 thin films

deposited on rough substrates

 

Propriétés physico-chimiques des couches minces du matériau ternaire CuInS2 déposées sur des substrats rugueux

 

R. Brini*, M. Kanzari, B. Rezig

Laboratoire de Photovoltaïque et Matériaux  Semiconducteurs.(LPMS)

Ecole Nationale d’ingénieurs de Tunis-BP 37 le Belvédère  1002 Tunis - Tunisia.

* Corresponding author. E-mail:Brini_rawdha@yahoo.fr

Received: 20 May 2007; revised version accepted: 07 April 2008

 

Abstract

     The present work is devoted to CuInS2 films. The ternary compound semiconductor CuInS2 is attractive for solar energy conversion due to its band gap of 1.55 eV that matches the optimum for the conversion of the solar spectrum. The objective of this work is to investigate the morphological structural and optical properties of evaporated CuInS2 films prepared by single source thermal evaporation and deposited on rough substrates. The glass substrates were etched chemically by a solution of NH4/HF. The analyses of these properties depend strongly of the [F-] concentration. The analyses results showed a great correlation between the surface roughness of the substrate and the growth of the film. We use the optical method to extract the values of substrates surface roughness by measuring the diffuse and specular reflection of the films. After X-ray diffraction analysis, it was found that the CuInS2 thin films are strongly oriented preferentially according to (112) plane parallel to the substrate surface when the substrate roughness is weak. The observation of the layer surfaces by scanning electron microscopy (SEM) revealed a presence of Cu nuclei. The original flat surface was easily restored after a short cleaning using this new chemical reactant.

     This novel technique of surface treatment is promising with respect to the economy and environmental requirements, and also for the possible subsequent growth of multi-layer high dielectric structures.


 

Keywords: Ternary; Thermal evaporation; Roughness

 

Résumé

     Des couches minces semi-conductrices du ternaire chalcopyrite CuInS2 sont élaborées par la technique d’évaporation thermique sous vide sur des substrats rugueux. Les substrats de verre utilisés ont été attaqués chimiquement moyennant une solution acide NH4/HF.

     Dans ce travail, nous présentons les propriétés morphologiques (diffractions des rayons X, microscopie électronique à balayage) et optique (spectrophotométrie dans le domaine UV-visible proche infra-rouge) des couches élaborées. Les résultats des analyses effectuées ont montré une grande corrélation entre la rugosité de surface du substrat et la croissance de la couche. Nous utilisons la caractérisation optique pour remonter aux valeurs des rugosités des surfaces en mesurant la réflexion diffuse et spéculaire des couches.

     Ce travail de recherche est motivé par le rôle grandissant de la topologie des couches minces intervenant dans les systèmes à multi-jonctions pour diverses applications industrielles.

 

Mots clés : Ternaire; Evaporation thermique; Rugosité.

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