alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.10.090-099alternative-2526Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетика 1-3-0-0 Солнечные электростанции 1-3-4-0 Фотовольтаический эффект в полупроводниковых структурах. Фотоэлектрические модулиI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar energy 1-3-0-0 Solar-hydrogen energy 1-3-4-0 Photovoltaic effect in semiconductor structures. Photoelectric modulesФотоэлектрические свойства тонких пленок ZnO на основе кремнияPhotoelectric properties of thin films ZnO based on siliconЗайнабидиновС. З.ZaynobidinovS. Z.

Зайнобидинов Сирожиддин Зайнобидинович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики

170100, г. Андижан, ул. Университетская, 129

Zaynobidinov Sirajiddin Zainobidinovich, doctor of science in physics and mathematics (1988), professor (1988), Chair of Physics

129, st. University, Andijan, 170100

 

МансуровХ. Ж.MansurovX. J.

Мансуров Хотам Ж., кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

170100, г. Андижан, ул. Университетская, 129

Mansurov Xotam J, doctor of philosophy in physics and mathematics, assistant professor Chair of Physics

129, st. University, Andijan, 170100

БобоевА. Й.BoboevA. Yu.

Бобоев Акрамжон Йўлдашбоевич, доктор философии по физико-математическим наукам, доцент кафедры физики 

170100, г. Андижан, ул. Университетская, 129

Тел.: +998(90) 122-20-50, +9989(74) 225-61-30

Boboev Akromjon Yuldashboevich,  doctor of philosophy in physics and mathematics, assistant professor Chair of Physics

129, st. University, Andijan, 170100

 

aboboevscp@gmail.comМахмудовХ. А.MakhmudovH. A.

Махмудов Хушруй Абдулазизович, докторант  

170100, г. Андижан, ул. Университетская, 129

Makhmudov Hushroy Abdulazizovich, junior researcher

129, st. University, Andijan, 170100

РасуловаМ. Б.RasulovaM. B.

Расулова Мархабо Ботиржоновна, докторант 

170100, г. Андижан, ул. Университетская, 129

Rasulova Markhabo Botirzhonovna, junior researcher

129, st. University, Andijan, 170100

Андижанский государственный университет им. З. М. БабураУзбекистанAndijan State University named after Z. M. BaburUzbekistan2024230120250109099Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20252025Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2526

Произведен синтез металлооксидной пленки ZnO на поверхности кремния марки КДБ-20. Определено, что кристаллографическое направление использованного кремния имеет ориентацию (100). Методом спрей-пиролиза золь-гель технологии определены оптимальные условия получения тонких пленок ZnO. Установлено, что металлооксидные пленки ZnO имеют гексагональную сингонию и вюрцитную кристаллическую структуру с параметрами: а = 0,4989 нм и c = 0,8342 нм, с размерами нанокристаллитов 67 нм. Исследование вольтамперных характеристик (ВАХ) гетероструктур n-ZnO/p-Si при освещенности Е = 0 Лк и Е = 1000 Лк и определены, что

прямая ветвь ВАХ имеет интервал экспоненциальный зависимости тока от напряжения V ≈V0 eJad . Изучено влияние концентрации глубоких примесей на экспоненциальной участок вольт-амперной характеристики. Полученные результаты трактованы в рамках теории эффекта инжекционного обеднения носителей p-n перехода. Фотолюминесцентный спектр гетероперехода n-ZnO/p-Si имеет максимум при λmax = 377 нм и охватывает широкую полосу в оптическом диапазоне. Это дает возможность определения наиболее оптимального режима выращивания упорядоченной структуры пленки ZnO на поверхности кремния, что обеспечивает выращивания практически без дефектной структуры. Экспериментально синтезированные гетероструктуры можно использовать в солнечной энергетике и оптоэлектронике в качестве фотоприемников. Указаны новые возможности применения металлооксидной пленки n-ZnO в фотоэлектрических преобразователях. Технология получения пленки является экологически чистой, доступной и экономически рентабельной, а также представляется перспективной для применения ее в детектировании видимого и ультрафиолетового света.

The synthesis of a ZnO metal oxide film on the surface of KDB-20 silicon was carried out. It was determined that the crystallographic direction of the used silicon has the (100) orientation. The optimal conditions for obtaining thin ZnO films have been determined by the method of spray pyrolysis of the sol-gel technology. It was found that ZnO metal oxide films have a hexagonal system and a wurtzite crystal structure with the parameters a = 0,4989 nm and c = 0,8342 nm, with the nanocrystallite size of 67 nm. Investigation of the current-voltage characteristics (CVC) of n-ZnO/p-Si heterostructures at illumination E = 0 Lx and E = 1000 Lx and it was determined that the forward branch of the I-V characteristic has an exponential interval of current versus voltage. The effect of the concentration of deep impurities on the exponential section of the current-voltage characteristic has been studied. The results obtained are interpreted within the framework of the theory of the effect of injection depletion of carriers of the p-n junction. The photoluminescence spectrum of the n-ZnO/p-Si heterojunction has a maximum at λmax = 377 nm and covers a wide band in the optical range. This makes it possible to determine the most optimal regime for growing the ordered structure of the ZnO film on the silicon surface, which ensures growth with practically no defect structure. Experimentally synthesized heterostructures can be used in solar energy and optoelectronics as photodetectors. New possibilities of using the n-ZnO metal oxide film in photovoltaic converters are indicated. The technology for producing films is environmentally friendly, affordable and economically viable, and seem promising for their application in the detection of visible and ultraviolet light.

металлооксидкремнийспрей-пиролиззоль-гельфотолюминесценцияпреобразовательинжекционное обеднениепримесьmetal oxidesiliconspray pyrolysissol-gelphotoluminescenceconverterinjection depletionimpurityReferences. Мейтин М. Фотовальтаика: материалы, технологии, перспективы // Электроника: наука, технология, бизнес, 2000, № 6, 40-46 с.. Meytin M. Photovoltaics: Materials, Technologies, Prospects // Electronics: Science, Technology, Business, 2000, No. 6, 40-46 p.. Arvind Shah. Thin-film silicon solar cells // EPFL Press, 2010, 430 p.. Arvind Shah. Thin-film silicon solar cells // EPFL Press, 2010, 430 p.. S. Zainabidinov, S. I. Rembeza, E. S. Rembeza and Sh. Kh. Yulchiev. Prospects for the Use of Metal-Oxide Semiconductors in Energy Converters // Applied Solar Energy, vol. 55, no. 1, pp. 5-7, 2019.. S. Zainabidinov, S. I. Rembeza, E. S. Rembeza and Sh. Kh. Yulchiev. Prospects for the Use of Metal-Oxide Semiconductors in Energy Converters // Applied Solar Energy, vol. 55, no. 1, pp. 5-7, 2019.. Кушнир В. В. Оптимизация конструкции пленочного солнечного элемента // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. – 2011, № 4(117), с. 225-228.. Kushnir V. V. Optimization of the design of a film solar cell // Bulletin of SFedU. Technical sciences. Thematic issue. – 2011, No. 4 (117), p. 225-228.. L. Luo, Y. Zhang, S. S. Mao, L. Lin. ZnO nanowires, based UV photodiodes, in: Proceedings of 18th IEEE MEMS Conference, Miami, 2005, pp. 427-430.. L. Luo, Y. Zhang, S. S. Mao, L. Lin. ZnO nanowires based on UV photodiodes, in: Proceedings of the 18th IEEE MEMS Conference, Miami, 2005, pp. 427-430.. R. I Badran [et al]. Fabrication of Heterojunction Diode Based on n-ZnO Nanowires/p-Si Substrate: Temperature Dependent Transport Characteristics // Journal Nanosci Nanotechnol. – 2017 Jan; 17(1):581-87.. R. I. Badran [et al]. Fabrication of Heterojunction Diode Based on n-ZnO Nanowires/p-Si Substrate: Tempera-ture Dependent Transport Characteristics // Journal Nanosci Nanotechnol. – 2017 Jan; 17(1): 581-87.. Periasamy C. Large-area and nanoscale n-ZnO/ p-Si heterojunction photodetectors / C. Periasamy and P. Chakrabarti // Journal of Vaccum Science and Technology. B. – 2011, vol. 29(5), pp. 051206.. Periasamy C. Large-area and nanoscale n-ZnO/ p-Si heterojunction photodetectors / C. Periasamy and P. Chakrabarti // Journal of Vaccum Science and Technology. B. – 2011, vol. 29(5), pp. 051206.. Sahu V. K. Studies on the electrical characteristics of n-ZnO/p-Si grown by pulsed laser deposition for UV photo detecting applications / V. K. Sahu [et al] // Physics Express. – 2013, vol. 3, 10 p.. Sahu V. K. Studies on the electrical characteristics of n-ZnO/p-Si grown by pulsed laser deposition for UV photo detecting applications / V. K. Sahu [et al] // Physics Express. – 2013, vol. 3, 10 p.. Sharma P. Analysis of ultraviolet photoconductivity in ZnO films prepared by unbalanced magnetron sputtering, P. Sharma [et al] // Journal of Applied Physics. – 2003, vol. 93(7), pp. 3963-3970.. Sharma P. Analysis of ultraviolet photoconductivity in ZnO films prepared by unbalanced magnetron sputtering, P. Sharma [et al] // Journal of Applied Physics. – 2003, vol. 93(7), pp. 3963-3970.. Chang Y. M. Enhanced visible photoluminescence from ultrathin ZnO films grown on Si-nanowires by atomic layer deposition / Y. M. Chang [et al] // Nanotechology, 2010, vol. 21(38), pp. 385705.. Chang Y. M. Enhanced visible photoluminescence from ultrathin ZnO films grown on Si-nanowires by atomic layer deposition / Y. M. Chang [et al] // Nanotechology, 2010, vol. 21(38), pp. 385705.. Yakuphanoglu F. ZnO/p-Si heterojunction photodiode by sol-gel deposition of nanostructure n-ZnO film on p-Si substrate / F. Yakuphanoglu [et al] // Material Science in Semiconductor Processing, 2010, vol. 13(3), pp. 137-140.. Yakuphanoglu F. ZnO/p-Si heterojunction photodiode by sol-gel deposition of nanostructure n-ZnO film on p-Si substrate / F. Yakuphanoglu [et al] // Material Science in Semiconductor Processing, 2010, vol. 13(3), pp. 137-140.. Wang. P. Quality improvement of ZnO thin layers overgrown on Si (100) substrates at room temperature by nitridation pretreatment / P. Wang [et al] // AIP Advances. – 2012, vol. 2(2), pp. 022139.. Wang. P. Quality improvement of ZnO thin layers overgrown on Si (100) substrates at room temperature by nitridation pretreatment / P. Wang [et al] // AIP Advances. – 2012, vol. 2(2), pp. 022139.. В. Е. Полковников, Д. С. Пермяков, М. А. Белых, Ш. Х. Йулчиев, С. И. Рембеза. Использование пиролитических металлооксидных пленок для изготовления фотоэлектрических преобразователей энергии // Вестник Воронежского государственного технического университета. – Воронеж. – 2019. – Т. 15. – № 5, с. 72-77. V. E. Polkovnikov, D. S. Permyakov, M. A. Belykh, Sh. Kh. Yulchiev, S. I. Rembeza. Use of pyrolytic metal oxide films for the manufacture of photovoltaic energy converters // Bulletin of the Voronezh State Technical University. – Voronezh. – 2019. – Vol. 15. – No. 5, pp. 72-77.. Зайнабидинов С. З., Йулчиев Ш. Х., Бобоев А. Й. Структурные и фотоэлектрические свойства тонкопленочного гетероперехода n-ZnO/p-Si, полученного золь-гель методом // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2020. – № 25-27, с. 347-349.. Zainabidinov S. Z., Yulchiev Sh. Kh., Boboev A. Y. Structural and photoelectric properties of a thinfilm n-ZnO/p-Si heterojunction obtained by the sol-gel method // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2020. – No. 25-27, pp. 347-349.. Абдуев А. Х., Ахмедов А. К., Асваров А. Ш., Муслимов А. Э., Каневский В. М. Влияние условий зарождения на структуру слоев оксида цинка // Кристаллография. – 2020. – T. 65. – № 3, с. 489-490.. Abduev A. Kh., Akhmedov A. K., Asvarov A. Sh., Muslimov A. E., Kanevsky V. M. Influence of nucleation conditions on the structure of zinc oxide layers // Crystallography. – 2020. – V. 65. – No. 3, pp. 489-490.. Викулин И. М., Стафеев В. И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Радио и связь, 1990, с. 264.. Vikulin I. M., Stafeev V. I. Physics of semiconductor devices. – M.: Radio and Communications, 1990, p. 264.. Волковский Ю. А., Жернова В. А., Фоломешкин М. С., Просеков П. А. и др. Сравнительная рентгеновская дифрактометрия дефектной структуры эпитаксиальных пленок ZnO, выращенных методом магнетронного осаждения на подложках Al2O3 ориентации (0001) в неоднородном электрическом поле // Кристаллография. – 2023. – T. 68, № 2, с. 180-188.. [ Volkovskiy Yu. A., Zhernova V. A., Folomeshkin M. S., Prosekov P. A., et al. Comparative X-ray diffractometry of the defect structure of epitaxial ZnO films grown by magnetron deposition on Al2O3 substrates with (0001) orientation in a non-uniform electric field // Crystallography. – 2023. – V. 68, No. 2, pp. 180-188.. Саидов А. С., Лейдерман А. Ю., Усмонов Ш. Н., Амонов К. А. Эффект инжекционного обеднения в p-Si−n-(Si2)1−x(ZnSe)x (0 ≤ x ≤ 0.01) гетероструктуре // Физика и техника полупроводников. – 2018, том 52, вып. 9, с. 1066-1070.. Saidov A. S., Leiderman A. Yu., Usmonov Sh. N., Amonov K. A. Injection depletion effect in p-Si-n-(Si2)1-x(ZnSe)x (0 ≤ x ≤ 0.01) heterostructure // Physics and Technology of Semiconductors. – 2018, Vol. 52, Issue. 9, pp. 1066-1070.. Никитин С. Е., Николаев Ю. А., Полушина И. К., Рудь В. Ю., Теруков Е. И. Фотоэлектрические явления в гетероструктурах ZnO:Al-p-Si // Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 11.. Nikitin S. E., Nikolaev Yu. A., Polushina I. K., Rud V. Yu., Terukov E. I. Photoelectric phenomena in ZnO:Al-p-Si heterostructures // Physics and Technology of Semiconductors, 2003, Vol. 37, Issue. 11.. Зайнабидинов С. З., Бобоев А. Й., Лейдерман А. Ю. Исследование механизма переноса тока в n-GaAs-р-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y гетероструктуры // Узбекский физический журнал. – Ташкент, 2019. – № 1, c. 14-21.. Zainabidinov S. Z., Boboev A. Y., Leiderman A. Yu. Study of the current transport mechanism in n-GaAs-p-(GaAs)1-x-y(Ge2)x(ZnSe)y heterostructures // Uzbek Physical Journal. – Tashkent, 2019. – No. 1, pp. 14-21.. Адирович Э. И., Карагеоргий-Алкалаев П. М., Лейдерман А. Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. – М., Советское радио, 1978.. Adirovich E. I., Karageorgiy-Alkalaev P. M., Leiderman A. Yu.Double injection currents in semiconductors. – Moscow, Soviet Radio, 1978.. Зеббар A. Н., Хейреддин A. Y., Мокеддем A. K., Хафдалла B. A., Кечуане M., Аида M. С. «Структурные, оптические и электрические свойства гетероперехода n-ZnO/p-Si, подготовленного ультразвуковым распылением» // Научные материалы в полупроводниковой обработке. – Том 14. – 2011. – Выпуски 3-4. – С. 229-234.. Zebbar A. N., Kheyreddin A. Y., Mokeddem A. K., Hafdalla B. A., Kechuane M., Aida M. S. «Structural, optical and electrical properties of n-ZnO/p-Si heterojunction prepared by ultrasonic sputtering» // Scientific materials in semiconductor processing. – Volume 14. – 2011. – Issues 3-4. – P. 229-234.. Зайнабидинов С. З., Далиев Х. С., Йулчиев Ш. Х., Бобоев А. Й., Юнусалиев Н. Ю. Структурные особенности металлооксидных пленок ZnO на основе кремния. Доклады Академии Наук Республики Узбекистан. – Ташкент, 2020, № 3, c. 21-24.. Zainabidinov S. Z., Daliev Kh. S., Yulchiev Sh. Kh., Boboev A. Y., Yunusaliev N. Yu. Structural features of ZnO metal oxide films based on silicon. Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan. – Tashkent, 2020, No. 3, pp. 21-24.. Шаренкова Н. В., Каминский В. В., Петров С. Н. Размеры областей когерентного рассеяния рентгеновского излучения в тонких пленках SmS и их визуализация // Журнал технической физики. – 2011. – Т. 81, № 9, с. 144-146.. Sharenkova N. V., Kaminsky V. V., Petrov S. N. Sizes of X-ray coherent scattering regions in SmS thin films and their visualization // Journal of Technical Physics. – 2011. – Vol. 81, No. 9, pp. 144-146.. Ахмедов А. К., Абдуев А. Х., Асваров А. Ш., Муслимов А. Э., Каневский В. М. Нанокристаллические пленки на основе оксида цинка, полученные в едином вакуумном цикле // Российские нанотехнологии. – 2020. – T. 15, № 6, с. 775-780.. Akhmedov A. K., Abduev A. Kh., Asvarov A. Sh., Muslimov A. E., Kanevsky V. M. Nanocrystalline films based on zinc oxide obtained in a single vacuum cycle // Russian nanotechnologies. – 2020. – Vol. 15, No. 6, pp. 775-780.. Алексанян А. Ю. Получение диодных гетероструктур p-Si/n-ZnO и исследование их вольт-амперных характеристик // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2013, № 6, c. 23-27.. Aleksanyan A. Yu. Production of p-Si/n-ZnO diode heterostructures and study of their current-voltage characteristics // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2013, No. 6, pp. 23-27.. Тарасов А. П. Люминесценция микроструктур оксида цинка и влияние на нее поверхностного плазменного резонанса и магнитного поля. Дисс. канд.физ.-мат.наук. – Москва: МФТИ, 2019, 125 с.. Tarasov A. P. Luminescence of zinc oxide microstructures and the effect of surface plasma resonance and magnetic field on it. Diss. Cand. Phys.-Math. Sciences. – Moscow: MIPT, 2019, 125 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.