alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.11.047-058alternative-2566Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 1. Солнечная энергетика. 1-3-0-0 Солнечные электростанции. 1-3-1-0 Кремниевые солнечные электростанцииI. RENEWABLE ENERGY. 1. Solar energy. 1-3-0-0 Solar-hydrogen energy. 1-3-1-0 Silicone solar thermal electric plantsОбщая характеристика аморфных сплавов кремния. гидрогенизация, кристаллизация и полимеризацияGeneral characteristics of amorphous silicon alloys. Hydrogenation, crystallization and polymerizationНаджафовБ. А.NajafovB. A.

Наджафов Бахтияр Агагулу оглы, лаборатория Радиационной Физики Полупроводников, доктор физ-мат. наук, главный научный сотрудник

г. Баку, ул. Б. Вагабзаде, 9

Najafov Bakhtiyar Aqakulu oqli, Laboratory of Radiation Physics of Semiconductors, Doctor ofPhysical Sciences, Chief Researcher

Baku, st. B. Vahabzade, 9

bnajafov@inbox.ruНасировШ. Н.NasirovSh. N.

Насиров Шукур Нариман оглы, канд. тех. наук, доц., зав кафедры «Технология производства энергии» при АГУНП

Аз 1010, Азербайджан, г. Баку, пр. Азадлыг, 16/21

Nasirov Shukur Nariman oqli, Ph.D. those. Sciences, Associate Professor, Head of the Department of «Energy Production Technology» at ASOIU

Az 1010, Azerbaijan, Baku, Azadlig Ave., 16/21

sh.nasirov62@inbox.ruНейметовС. Р.NeymetovS. R.

Нейметов Санан Ровшан оглы, докторант, лаборант кафедры «Технология производства энергии» при АГУНП

Аз 1010, Азербайджан, г. Баку, пр. Азадлыг, 16/21

Neymеtov Sanan Rovshan oqli, doctoral student, laboratory assistant at the Department of Energy Production Technology at ASOIU

Az 1010, Azerbaijan, Baku, Azadlig Ave., 16/21

nemetovsenan89@gmail.comИнститут Радиационных Проблем Министерства Науки и ОбразованияАзербайджанInstitute of Radiation Problems of Azerbaijan National Academy of SciencesAzerbaijanАзербайджанский Государственный Университет Нефти и ПромышленностиАзербайджанAzerbaijan State Oil and industry UniversityAzerbaijan2024130320250114758Copyright © 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/2566

В данной статье представлены результаты исследований физических свойств гидрогенизированных аморфных тонких пленок сплавов a-Si1-xGex:H и a-Si1-xCx:H, полученных плазма-химическим осаждени­ем. Определены оптические константы (n, n1, a, R, d) и ширина запрещенной зоны исследуемых пленок (E0 = 1,05-3,00 эВ). На основании исследования оптических свойств различных режимов осаждения (Тпод, d, H2), температура подложки, толщина пленок и уровень гидрогенизации сплавов характеризуются раз­личными структурными фазами. С изменением технологических параметров получаются также различные структурные и полимерные фазы кристаллитов: нанотрубки, нанопроволока, наночастицы, квантовые ямы, квантовые точки, графены, графиты, графины, фуллерены, алмазные частицы, кластеры и др.

Структура осажденных пленок hk-SkH является смешанной-двухфазной и состоит из нанокристаллитов hk-SkH, «распределенных» в аморфной сетке. Отжиг кристаллических пленок при температуре 700 оС увеличи­вает размер кристаллитов до 50-100 Ао в диаметре, а проводимость изменяется слабо. Также при введении водо­рода в аморфную пленку кремния при низких температурах (Ts < 100 °C) с более высоким содержанием водорода (~ 30 атм. % и более), материал содержит избыток группы SiH3, а также несколько больше водорода в поли­мерном виде (SiH2)n. Концентрация углерода и водорода в пленках a-Si1-xCx:H зависит от условий осаждения и исходной газовой смеси SiH4, CH4, H2. В зависимости от выбора режимов с повышением концентрации водорода H2 и CH4 пленки осаждаются в полимерном виде.

This article presents the results of studies of the physical properties of hydrogenated amorphous thin films of a-Si1-xGex:H and a-Si1-xCx:H alloys obtained by plasma chemical deposition. The optical constants (n, n, a, R, d) and the band gap of the films under study (E0 = 1,05-3,00 eV) were determined. Based on a study of the optical properties of various deposition modes (Tpod, d, H2), the substrate temperature, film thickness and the level of hydrogenation of the alloys are characterized by different structural phases. With a change in technological parameters, various structural and polymer phases of crystallites are also obtained: nanotubes, nanowires, nanoparticles, quantum wells, quantum dots, graphenes, graphites, decanters, fullerenes, diamond particles, clusters, etc.

The structure of the deposited nc-Si:H films is mixed-two-phase and consists of nc-Si:H nanocrystallites «distributed» in an amorphous network. Annealing of crystalline films at a temperature of 700 0C increases the crystal­lite size to 50-100 A0 in diameter, and the conductivity changes slightly. Also, when hydrogen is introduced into an amorphous silicon film at low temperatures (Ts < 100 °C) with a higher hydrogen content (~ 30 atm.% or more), the material contains an excess of the SiH3 group, as well as slightly more hydrogen in the polymer form (SiH2)n. The con­centration of carbon and hydrogen in a-Si1-xCx:H films depends on the deposition conditions and the initial gas mixture of SiH4, CH4, H2. Depending on the choice of modes, with increasing concentrations of hydrogen H2 and CH4, films are deposited in polymer form.

аморфные гидрогенизированные пленки кремния a-Si:Hнанокристаллические пленки кремния HK-Si:Hмоногидридные пленки Si-Hдигидридные Si-H2 комплексыполимерные пленки кремнияструктурные дефектысилы осциллятора методом разложения силана на постоянном токе (MASD)оптические константы (преломлениеотражениепогло¬щениепропусканиекоэффициент ослабления)солнечные элементыфотоакустическая спектроскопия (ФАС)amorphous hydrogenated silicon films a-Si:Hnanocrystalline silicon films nc-Si:Hmonohydride films Si-Hdihydride Si-H2 complexespolymer films of siliconstructural defectsoscillator forces by direct current decomposition of silane (MASD)optical constants (refractionreflectionabsorptiontransmissionextinction coefficient)solar cellsphotoacoustic spectroscopy (PAS)ReferencesНаджафов Б. А., Оптоэлектронные свойства тонких пленок α-Si1-xGex:H (x = 0 ÷ 1). Успехи прикладной физики, фотоэлектроника, 2018, том 6, № 3, с. 242-251.Najafov B. A., Optoelectronic properties of thin films α-Si1-xGex:H (x = 0 ÷ 1). Advances in Applied Physics, Photoelectronics, 2018, Volume 6, No. 3, p. 242-251.Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Получения пленок аморфного гидрогенизированного карбидакремния α-Si1-хGeх:H (х = 0 ÷ 1) для фотоэлектрических преобразователей // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2007. – № 11. – С. 177-179.Najafov B. A., Isakov G. I. Preparation of films of amorphous hydrogenated silicon carbide α-Si1- xGeх:H (x = 0 ÷ 1) for photoelectric converters // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2007. – No. 11. – pp. 177-179.Наджафов Б. А. Определение содержания водорода в аморфных пленках твердого раствора α-Si1-xCx:H оптическим методом // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 1, (21), с. 30-34.Najafov B. A. Determination of hydrogen content in amorphous films of α-Si1-xCx:H solid solution by optical method. // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2005, No. 1, (21), p. 30-34.Наджафов Б. А. Фотовольтаические эффекты в аморфных пленках α-Si0,80Ge0,20:Hx // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 3, (33), р. 59-63.Najafov B. A. Photovoltaic effects in amorphous films of α-Si0,80Ge0,20:Hx // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2005, No. 3, (33), p. 59-63.Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Фотопроводимость аморфных пленках α-Si0,80Ge0,20:Hx для солнечных элементов // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2005, № 2, (22), р. 35-37Najafov B. A., Isakov G. I. Photoconductivity of amorphous films of α-Si0,80Ge0,20:Hx for solar cells // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2005, No. 2, (22), p. 35-37Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Оптические свойства аморфных пленок твердого раствора α-Si1-xGex:H с различной концентрацией водорода // ЖПС. – 2005. – V. 72. – № 3. – С. 371-376.Najafov B. A., Isakov G. I. Optical properties of amorphous films of α-Si1-xGex:H solid solution with different hydrogen concentrations // ZhPS. – 2005. – V. 72. – No. 3. – P. 371-376.Najafov B. A. Solar cells based on α-Si0,80Ge0,20:H amorphous films // Укр. Физ. журн., 2005, т. 50, № 5, р. 477-482Najafov B. A. Solar cells based on α-Si0,80Ge0,20:H amorphous films // Ukr. Phys. zhurn., 2005, v. 50, no. 5, p. 477-482Наджафов Б. А., Исаков Г. И., Фигаров В. Р. Оптические свойства гидрогенизированных аморфных пленок твердого раствора α-Si0,85Ge0,15:H // Прикладная физика. – 2004, № 4, с. 107-114.Najafov B. A., Isakov G. I., Figarov V. R. Optical properties of hydrogenated amorphous films of the α-Si0,85Ge0,15:H solid solution // Applied Physics. – 2004, No. 4, p. 107-114.Наджафов Б. А., Исаков Г. И., Фигаров В. Р. Оптические свойства гидрогенизированных аморфных пленок твердого раствора α-Si0,85Ge0,15:H // Прикладная физика. – 2004. № 4. – С. 107-114.Najafov B. A., Isakov G. I., Figarov V. R. Optical properties of hydrogenated amorphous films of the α-Si0,85Ge0,15:H solid solution // Applied Physics. – 2004. No. 4. – P. 107-114.Najafov B. A., Fiqarov V. R. Hydrogen content evaluation in hydrogenated nano crystalline silicon and its amorphous alloys with germanium and carbon // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2010. – V. 35. – Р. 4361-4367.Najafov B. A., Fiqarov V. R.Hydrogen content evaluation in hydrogenated nano crystalline silicon and its amorphous alloys with germanium and carbon // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2010. – V. 35. – R. 4361-4367.Наджафов Б. А. Электронные и оптические процессы гидрогенизированных тонких пленок кремния – германия и перспективы их применения. – Баку, 2013, с. 397.Najafov B. A. Electronic and optical processes of hydrogenated thin films of silicon - germanium and prospects for their application. – Baku, 2013, p. 397.Brodsky M. H., Cardona M. Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bands in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering // Phys. Rev. B, 1977, v. 16, № 8, p. 3556-3571.Brodsky M. H., Cardona M. Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bands in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering // Phys. Rev. B, 1977, v. 16, no. 8, p. 3556-3571.Брус В. В., Солован М. Н., Майструк Э. В., Козярский И. П., Марьянчук П. Д., Ульяницкий К. С., Rappich J. Особенности оптических и электрических свойств поликристаллических пленок CdTe, изготовленных методом термического испарения. Физика твердого тела. – 2014, вып. 10, стр. 1886-1890.Brus V. V., Solovan M. N., Maystruk E. V., Kozyarsky I. P., Maryanchuk P. D., Ulyanitsky K. S., Rappich J. Features of the optical and electrical properties of polycrystalline CdTe films produced by thermal evaporation. Solid state physics. – 2014, issue. 10, pp. 1886- 1890.J. Tayes, Grigorovici Retal. Optical properties and electronic structure of amorphous germanium. // J. Non-Cryst. Sol. –1966, v. 15. – №1, р. 627-630.J. Tayes, Grigorovici Retal. Optical properties and electronic structure of amorphous germanium. // J. Non-Cryst. Sol. –1966, v. 15. – No. 1, рр. 627-630.Бокий Г. Б., Порай-Кощиц М. А. Рентгеноструктурный анализ. Под. ред. акад. Н. Б. Белова. – М.: МГУ, 1964, 488 с.Bokiy G. B., Poraj-Koshchits M. A. X-ray structural analysis. Under. ed. acad. N. B. Belova. – M.: MSU, 1964, 488 p.Singh J., Budhami R. C., Chopra K. L. Vibrational spectra of hydrogen in silicon and germanium // J. Appl / Phys., 1984, v. 56, p. 109-114.Singh J., Budhami R. C., Chopra K. L. Vibrational spectrum of hydrogen in silicon and germanium // J. Appl / Phys., 1984, v. 56, p. 109-114.Фиговский О. Л., Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Рост нанокристаллических структур в аморфногидратированных пленках кремния (α-Si:H) / Вестник дома ученых Хайфы. 2008, т. XIV, спец. вып., с. 14-23Figovsky O. L., Najafov B. A., Isakov G. I. Growth of nanocrystalline structures in amorphous-hydrated silicon films (α-Si:H) / Bulletin of the House of Scientists of Haifa. 2008, vol. XIV, spec. vol., p. 14-23Наджафов Б. А. Получение тонких пленок для создания солнечных элементов фотоника. – № 2, 44. – 2014, с. 72-88Najafov B. A. Production of thin films for the creation of solar photonics cells. – No. 2, 44. – 2014, p. 72-88Kongo A., Kitahama H. Электрические свойства легированного азотом SiC, спеченного без приложения давления // J. Ceram. Soc. Jap., 1999, v. 107, No 1248, p. 757-761.Kongo A., Kitahama H.Electrical properties of nitrogen-doped SiC sintered without applying pressure // J. Ceram. Soc. Jap., 1999, v. 107, No. 1248, p. 757-761.Фрицще Х. Аморфный кремний и родственные материалы. – М.: Мир, 1991, 395 с.Fritzsche H. Amorphous silicon and related materials. – M.: Mir, 1991, 395 p.Hasegawa B. S., Imai X. Annealing effects on relationships between E. S. R., electrical and optical properties in α-Si:H // Phil. Mag. B., 1982, v. 45, No 3, p. 347-360.Hasegawa B. S., Imai X. Annealing effects on relationships between E. S. R., electrical and optical properties in α-Si:H // Phil. Mag. B., 1982, v. 45, No. 3, p. 347-360.Fang C. J., Cryntz K. J., Ley L., Cardona M. The hydrogen content of α-Ge:H and α-Si:H as determined by IR spectroscopy gas evolution and nuclear reaction techniques // J. of Non.-Cryst. Solids, 1980, v. 35-36, p. 255-260.Fang C. J., Cryntz K. J., Ley L., Cardona M. The hydrogen content of α-Ge:H and α-Si:H as determined by IR spectroscopy gas evolution and nuclear reaction techniques // J. of Non. -Cryst. Solids, 1980, v. 35-36, p. 255-260.Наджафов Б. А., Исаков Г. И. Электрооптические свойства аморфно-гидрированных пленок кремний-германий (α-Si1-xGex:H) и создание трехслойных фотоэлементов на их основе // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2007, № 11, с. 174-176.Najafov B. A., Isakov G. I. Electro-optical properties of amorphous-hydrogenated silicon-germanium films (α-Si1-xGex:H) and the creation of three-layer photocells based on them // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). – 2007, No. 11, p. 174-176.

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