Crecimiento de películas del semiconductor CdS1-xSex por la técnica de depósito en baño químico para su potencial aplicación en procesos electroquímicos

Abstract

RESUMEN: En este proyecto se crecieron películas delgadas del semiconductor ternario CdS1-xSex por depósito en baño químico (DBQ), estudiando el efecto de la variación de la relación molar de reactivos (R) en el baño sobre la proporción de aniones (x) y las propiedades de las películas con la finalidad de obtener películas con potencial aplicación en procesos electroquímicos. Las películas se prepararon sobre vidrio Corning e ITO/vidrio con un tiempo de reacción de 2 horas, temperatura de 75°C y agitación constante a 400 rpm. Se modificó la relación R de las soluciones precursoras con el propósito de obtener el intervalo más amplio posible de x. Las películas fueron caracterizadas por las técnicas de microscopia electrónica de barrido de alta resolución, difracción de rayos X, espectroscopia UV-Vis, perfilometría y método de las cuatro puntas para determinar sus propiedades morfológicas, estructurales, ópticas y eléctricas. Además, se realizaron pruebas electroquímicas como voltametría cíclica, Mott Schottky y cronoamperometría para estudiar su potencial aplicación en procesos electroquímicos. Los resultados mostraron que la relación molar del baño químico tiene un gran impacto en x y en las propiedades morfológicas, estructurales, ópticas, eléctricas y electroquímicas de las películas. La incorporación de los aniones en la película mostro diferentes tendencias en función del reactivo limitante, determinando el valor de x y demostrando que este método no produce depósitos estequiométricos con respecto a la concentración del baño. La morfología y homogeneidad superficial de las películas cambio al incrementar la cantidad de Se, partiendo de superficies homogéneas formadas por aglomerados granulares hasta obtener aglomerados semiesféricos tipo “bola de gusanos” que incrementan en tamaño y número para películas de alto valor de x. Las películas, que corresponden a una solución sólida, mostraron una combinación de fases cristalinas cúbica y hexagonal. Los valores de banda prohibida (Eg) variaron en un intervalo de 2.52-1.99 eV. El tratamiento térmico mejoró la cristalinidad y homogeneidad superficial, aunque no mejoró las propiedades eléctricas y electroquímicas. Las películas presentan potencial aplicación en procesos electroquímicos que involucren la evolución de O2 o H2 dependiendo de x. ABSTRACT: In this project were grown thin film of the ternary semiconductor CdS1-xSex by chemical bath deposition (QBD) studying the effect of the variation of the molar ratio of reactants (R) in the bath, with the purpose of obtaining films with potential application in electrochemical processes. The films were prepared with a reaction time of 2 hours, at 75 ° C and 400 rpm. The molar ratio of the precursor solutions was modified to get the wider range of x. The films were characterized by high-resolution scanning electron microscopy, X-ray diffraction, UVVis spectroscopy, profilometry and four-point method to determine their morphological, structural, optical and electrical properties. Moreover, some electrochemical tests such as cyclic voltammetry, Mott Schottky and chronoamperometry were performed to study its potential application in electrochemical processes. The results showed that the molar ratio R of the chemical bath had a great impact on x and on the morphological, structural, optical, electrical and electrochemical properties of the films. The anions incorporation in the film showed different tendencies depending on the limiting reactant and determining the value of x. That demonstrated that this method does not produce stoichiometric deposits considering the bath´s concentration. The morphology and superficial homogeneity of the films changed as the amount of Se increased, starting from homogeneous surfaces formed by granular agglomerates changing to hemispherical agglomerates like "ball of worms" that increase in size and number for high values of x. The films, which correspond to a solid solution, showed a combination of cubic and hexagonal crystalline phases. The Eg values varied in a range of 2.52-1.99 eV. The heat treatment improved the crystallinity and surface homogeneity, although it did not improve the electrical and electrochemical properties. The films presented potential application in electrochemical processes that involve the evolution of O2 and H2 depending on x.