المستخلص
في هذا العمل، تم بنجاح تحضير أغشية رقيقة من مركب Cu₂CoSnS₄ (CCTS) باستخدام تقنية الطلاء الدوراني وبنسب مختلفة من الكبريت إلى الكاتيونات في المحلول الأولي (S/C = 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0, and 2.2) ، وذلك بهدف دراسة تأثير ظروف الإغناء بالكبريت على الخصائص التركيبية والمورفولوجية والبصرية والكهربائية للأغشية المحضرة. أظهرت الأغشية المحضرة سمكًا متوسطًا بلغ حوالي 350 ±10 نانومتر، كما تم تأكيد ذلك من خلال تحليل المقطع العرضي باستخدام المجهر الالكتروني الماسح الباعث للمجال (FESEM).
أوضحت نتائج حيود الأشعة السينية (XRD) التكوّن الناجح لطور CCTS ذي البنية الرباعية من نوع الستانيتStannite ، مع اتجاه تفضيلي واضح على المستوى البلوري (112). كما تبين أن حجم البلوريات النانوية يتغير تبعًا لنسبة الكبريت إلى الكاتيونات، مما يشير إلى أن ظروف الإغناء بالكبريت تؤثر بصورة كبيرة في نمو البلوريات والتنظيم التركيبي. كذلك أكدت مطيافية رامان تكوّن طور CCTS من خلال ظهور نمط رامان المميز بالقرب من 320 cm-1 وقد دلّ ازدياد شدة قمة رامان مع انخفاض عرضها على تحسن التبلور وانخفاض العيوب التركيبية في الأغشية المحسّنة.
أظهرت تحليلات المجهر الالكتروني الماسح الباعث للمجال(FESEM) ومجهر القوة الذرية (AFM) أن مورفولوجية السطح وتوزيع الحبيبات يتأثران بشكل كبير بنسبة الكبريت إلى الكاتيونات. وقد أظهرت الأغشية طبيعة نانوية التبلور، اذ تراوحت أحجام الحبيبات بين حوالي (48.7) و(87.4) نانومتر. ومن بين جميع النماذج، أظهر الغشاء CCTS4 (S/C = 1.8) أكثر الأسطح نعومةً وتجانسًا مع أقل قيم للخشونة السطحية، مما يدل على تحسن اندماج الحبيبات وزيادة تجانس الأغشية. كما أكدت تحاليل تشتت الطاقة للأشعة السينية (EDS) وجود العناصر Cu وCo وSn وS دون ظهور قمم شوائب ملحوظة، مما يؤكد النجاح في تحضير أغشية CCTS الرباعية ذات تركيب كيميائي قريب من النسبة التكافؤية المطلوبة.
أظهرت الدراسات البصرية أن جميع الأغشية المحضرة تمتلك امتصاصًا عاليًا في منطقة الضوء المرئي مع معاملات امتصاص مرتفعة تجعلها ملائمة للتطبيقات الكهروضوئية. وقد تراوحت قيم فجوة الطاقة البصرية بين 1.59 و 1.87 إلكترون فولت تبعًا لنسبة الكبريت إلى الكاتيونات. ويُعزى ازدياد فجوة الطاقة في الأغشية المحسنة إلى تحسن التبلور وزيادة نقاوة الطور وانخفاض كثافة العيوب التركيبية. فضلا عن ذلك، تبين أن معامل الانكسار ومعامل الخمود وثوابت العزل الكهربائي تعتمد بصورة كبيرة على البنية المجهرية للأغشية ودرجة إدماج الكبريت فيها.
أوضحت قياسات تأثير هول أن تركيز الحاملات وحركية هول والمقاومية والتوصيلية الكهربائية تتأثر بشكل ملحوظ بنسبة الكبريت إلى الكاتيونات. وقد أظهر النموذج CCTS3 (S/C = 1.6) أعلى قيمة لحركية هول وأفضل توصيلية كهربائية، ويُعزى ذلك إلى تحسن الجودة البلورية وانخفاض التشتت عند حدود الحبيبات. كما أكدت قياسات التوصيلية الضوئية والمظلمة السلوك الحساس للضوء لجميع الأغشية المحضرة، اذ كانت قيم التيار الضوئي أعلى باستمرار من قيم التيار المظلم تحت الإضاءة، مما يدل على كفاءة توليد ونقل حاملات الشحنة المتولدة ضوئيًا.
بصورة عامة، أظهرت النتائج المتحصل عليها أن نسبة الكبريت إلى الكاتيونات تلعب دورًا أساسيًا في التحكم بآلية النمو والخصائص الفيزيائية لأغشية CCTS الرقيقة. وقد أظهرت الأغشية المحسّنة جودة تركيبية عالية، وفجوة طاقة بصرية مناسبة، وخصائص نقل كهربائي محسّنة، فضلا عن سلوك محسّن في الاستجابة الضوئية، مما يجعل أغشية CCTS الرقيقة مواد واعدة للتطبيقات الكهروضوئية والإلكترونية الضوئية.
