КВАНТОВО-РАЗМЕРНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ГЕТЕРОСТРУКТУРЕ p-CdTe/n-CdS С МИКРОКРИСТАЛЛАМИ CdTe

Исследован новый механизм формирования прикраевой фотолюминесценции, обусловленной наличием тонкого поликристаллического слоя CdTe в пленочной гетероструктуре p-CdTe/n-CdS. Рассмотрена возможность регистрации низкоразмерных эффектов в микрокристаллах, линейный размер которых порядка микрона. Обнаружен эффект, заключающийся в возникновении в низкотемпературных спектрах фотолю-минесценции микрокристаллов CdTe доминирующей узкой «супергорячей» полосы излучения из области спектра, расположенной по энергии выше фундаментального края собственного поглощения объемного материала. Развита теоретическая модель, согласно которой аномальная полоса излучения возникает в результате оптических переходов электронов с приповерхностных уровней пространственного квантования в состояния валентной зоны. Показано, что дополнительная подсветка гетероструктуры со стороны прозрачной подложки светом из спектральной области собственного поглощения CdS приводит к тушению аномальной коротковолновой полосы излучения и одновременному возгоранию экситон-поляритонной люминесценции CdTe. Такой эффект находит естественное объяснение, если принять во внимание индуцированную подсветкой генерацию дополнительных носителей заряда, которые компенсируют положительный заряд поверхности микрокристалла и отрицательный объемный заряд акцепторов. В дальнейшем исследования спектров люминесценции пленочных гетероструктур p-CdTe/n-CdS с прозрачными омическими контактами представляют интерес, прежде всего, с прикладной точки зрения с целью создания на их основе новых пленочных солнечных элементов. Такие исследования должны включать в себя более тщательный анализ зависимостей от размера микрокристаллов, толщины слоев CdS и CdTe, метода легирования, температуры, а также спектрального состава и интенсивности освещения. Необходимо разработать метод теоретического расчета спектра супергорячего излучения в условиях приповерхностной квантово-размерной рекомбинации фотоносителей с учетом механизмов слабой локализации фотоэлектронов и кулоновского взаимодействия их со свободными фотодырками валентной зоны.

1. Akhmadaliev B.J., Mamatov O.M., Pol-vonov B.Z., Yuldashev N.Kh. Correlation between the low-temperature photoluminescence spectra and photovoltaic properties of thin polycrystalline CdTe films // Journal of Applied Mathematics and Physics. 2016. Vol. 4. P. 391–397. http://dx.doi.org/10.4236/jamp. 2016.42046

2. Багаев В.С., Клевков Ю.В., Колосов С.А., Кривобок В.С., Шепель А.А. Оптические и электрофизические свойства дефектов в высокочистом CdTe // Физика твердого тела. 2010. Т. 52. № 1. C. 37.

3. Ушаков В.В., Клевков Ю.В. Влияние меж-зеренных границ раздела на свойства тел-лурида кадмия, полученного в неравновесных условиях // Физика и техника полупроводников. 2003. Т. 37. № 11. С. 1298.

4. Ekimov A.I., Kudryavtsev I.A., Ivanov M.G., Efros Al.L. Spectra and decay kinetics of radiative recombination in CdS microcrystals // Journal of Luminescence. 1990. Vol. 46. P. 83.

5. Nozik A.J., Beard M.C., Luther J.M., Law M., Ellingson R.J., Johnson J.C. Semiconductor quantum dots and quantum dot arrays and applications of multiple exciton generation to third-generation photovoltaic solar cells // Chem. Rev. 2010. Vol. 110. P. 6873–6890. https://doi.org/10.1021/cr900289f

6. Fonthal G., Tirado-Mejıa L., Marın-Hurta J.I. Temperature dependence of the band gap energy of crystalline CdTe // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2000. Vol. 61. P. 579–583. http://dx.doi.org/10.1016/S0022-3697(99)00254-1

7. Ekimov A.I., Onishchenko A.A. Quantum size effect in three-dimensional microscopic semi-conductor crystals // JETP Lett. 1981. Vol. 34. P. 363.

8. Екимов А.И., Кудрявцев И.А., Иванов М.Г., Эфрос Ал.Л. Фотолюминесценция квазинульмерных полупроводниковых структур //Физика твердого тела. 1989. T. 31. № 8. C. 192.

9. Ando T., Fowler A., Stern F. Electronic proper-ties of two-dimensional systems // Reviews of Modern Physics. 1982. Vol. 54. P. 437.

10. Takada Y., Uemura Y. Subband Structures of N-channel inversion layers on III-V Compounds-A Possibility of the Gate Controlled Gann Effect // Journal of the Physical Society of Japan. 1977. Vol. 43. P. 139.

11. Horodyský P., Hlídek P. Phys. Free-exciton ab-sorption in bulk CdTe: temperature dependence // Status Solidi B. 2006. Vol. 243. P. 494–501. https://doi.org/10.1002/pssb.200541402

12. Абдукадыров А.Г., Сажин М.И., Селькин А.В., Юлдашев Н.Х. Поляритонная люминес-ценция смешанных мод в кристаллах с пространственной дисперсией // ЖЭТФ. 1990. T. 97. № 2. C. 644–662.

13. Sel'kin A.V., Yuldashev N.Kh. Effects of spatial dispersion and exciton damping in polariton lu-minescence spectra. In: Semiconductor and Insu-lators: Optical and Spectroscopic Research, Ioffe Physico-Technical Institute Research Studies, Nova Science Publishers, Inc., 1992. P. 55–84.

14. Novikov A.B., Novikov B.V., Yuferev R.B., Roppischer H., Stein N., Sel’kin A.V. Anoma-lous Stark effect on excitonic states in a preioni-zation electric field // JETP Lett. 1996. Vol. 64. P. 42.

15. Романовский С.О., Селькин А.В., Стамов И.Г., Феоктистов Н.А. Экситоны в кристаллах ZnP2 в электрическом поле барьера Шоттки // Физика твердого тела. 1998. T. 40. № 5. C. 884.

16. Rubio-Ponce A., Olguín D., Hernández-Calderón I. Calculation of the effective masses of II-VI semiconductor compounds // Superficies y Vacío. 2003. Vol. 16. P. 26–28.

17. Amit H. Munshi, Jason M. Kephart, Ali Abbas, Tushar M. Shimpi, Kurt L.Barth, John M. Walls, Walajabad S. Sampath. Polycrystalline CdTe photovoltaics with efficiency over 18 % through improved absorber passivation and current col-lection. // Solar Energy Materials and Solar Cells, 2018, 176. Р. 9–18.

18. Halina Opyrchal, Dongguo Chen, Zimeng Cheng and Ken Chin. PL Study on the Ect of Cu on the front side luminescence of CdTe/CdS solar cells. // Coatings 2019. Vol. 9. No. 43. P. 1–9.

19. Tuteja M. Low temperature photo luminescence studies on sputter deposited cadmium sul-phide/cadmium tellurideheterojunctions and solar sells. In: Thesis. University of Illinois at Urbana-Champaing. 2014. P. 24.

20. Capper P., Garland J. Mercury cadmium tellu-ride: growth, properties and applications. John Wiley & Sons, Ltd, 2011. P. 556.