Tuning morphological features of lead iodide by low pressure vapor phase deposition

Autores
Koffman Frischknecht, Alejandro; Soldera, Marcos Maximiliano; Soldera, Flavio Andres; Troviano, Mauricio Eduardo; Carlos, Luciano; Pérez, María Dolores; Taretto, Kurt Rodolfo
Año de publicación
2018
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Lead iodide (PbI2) is a semiconductor with extensive use as an active layer for X-ray detectors and as a precursor for perovskite solar cells. Here we present a low vacuum method to obtain very uniform PbI2 films with full substrate coverage. This method consists in the sublimation of PbI2 inside a hot zone and its transport by an Ar flow to a substrate held at a controlled temperature. Using scanning electron microscopy combined with focused ion beam and X-ray diffraction we studied the morphology and crystallographic structure of the PbI2 films with different deposition parameters: substrate and source evaporation temperature, deposition time and substrate material. At high substrate temperature (80 °C) and low evaporation temperature (310 °C) onto a glass sample, we obtained dense and smooth PbI2 films showing hexagonal crystals, or platelets, stacked parallel to the substrate. The choice of the substrate material has a significant impact on the film morphology yielding porous-like structures with voids within the films for some substrates. A bandgap Eg = 2.42 eV and Urbach energy EU = 34.7 meV were obtained by absorbance measurements, which are comparable to films evaporated in high vacuum. Photoluminescence studies showed a dependence of the emission energies on the crystal orientation of the platelets which grow differently depending on the deposition conditions. The results show the ability of the low pressure vapor phase deposition technique to obtain good film properties, suitable for sensors and optoelectronic devices.
Fil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Fil: Soldera, Marcos Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Fil: Soldera, Flavio Andres. Universitat Saarland; Alemania
Fil: Troviano, Mauricio Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Fil: Carlos, Luciano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Fil: Pérez, María Dolores. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina
Fil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; Argentina
Materia
FILMS GROWTH
LOW PRESSURE VAPOR PHASE DEPOSITION
PEROVSKITE SOLAR CELL PRECURSORS
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Using scanning electron microscopy combined with focused ion beam and X-ray diffraction we studied the morphology and crystallographic structure of the PbI2 films with different deposition parameters: substrate and source evaporation temperature, deposition time and substrate material. At high substrate temperature (80 °C) and low evaporation temperature (310 °C) onto a glass sample, we obtained dense and smooth PbI2 films showing hexagonal crystals, or platelets, stacked parallel to the substrate. The choice of the substrate material has a significant impact on the film morphology yielding porous-like structures with voids within the films for some substrates. A bandgap Eg = 2.42 eV and Urbach energy EU = 34.7 meV were obtained by absorbance measurements, which are comparable to films evaporated in high vacuum. Photoluminescence studies showed a dependence of the emission energies on the crystal orientation of the platelets which grow differently depending on the deposition conditions. The results show the ability of the low pressure vapor phase deposition technique to obtain good film properties, suitable for sensors and optoelectronic devices.Fil: Koffman Frischknecht, Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Soldera, Marcos Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Soldera, Flavio Andres. Universitat Saarland; AlemaniaFil: Troviano, Mauricio Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Carlos, Luciano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas; ArgentinaFil: Pérez, María Dolores. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Taretto, Kurt Rodolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas. Universidad Nacional del Comahue. 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description Lead iodide (PbI2) is a semiconductor with extensive use as an active layer for X-ray detectors and as a precursor for perovskite solar cells. Here we present a low vacuum method to obtain very uniform PbI2 films with full substrate coverage. This method consists in the sublimation of PbI2 inside a hot zone and its transport by an Ar flow to a substrate held at a controlled temperature. Using scanning electron microscopy combined with focused ion beam and X-ray diffraction we studied the morphology and crystallographic structure of the PbI2 films with different deposition parameters: substrate and source evaporation temperature, deposition time and substrate material. At high substrate temperature (80 °C) and low evaporation temperature (310 °C) onto a glass sample, we obtained dense and smooth PbI2 films showing hexagonal crystals, or platelets, stacked parallel to the substrate. The choice of the substrate material has a significant impact on the film morphology yielding porous-like structures with voids within the films for some substrates. A bandgap Eg = 2.42 eV and Urbach energy EU = 34.7 meV were obtained by absorbance measurements, which are comparable to films evaporated in high vacuum. Photoluminescence studies showed a dependence of the emission energies on the crystal orientation of the platelets which grow differently depending on the deposition conditions. The results show the ability of the low pressure vapor phase deposition technique to obtain good film properties, suitable for sensors and optoelectronic devices.
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