Перовскити и нови нискотемпературни A3B5 полупроводникови материали: изследване и усъвършенствано характеризиране
Научноизследователски проект КП-06 Дунав/5 /11.07.2025 (НИС 2987)
финансиран от Фонд „Научни изследвания", МОН
„Многостранен конкурс за научно и технологично сътрудничество в Дунавския регион - 2024"
Период: 11.07.2025 г. – 11.07.2027 г.
Бюджет за СУ: 49 200 лв.
Резюме на проекта
Преходът към устойчива енергия изисква иновативни решения в областта на технологиите за възобновяема енергия. Високоефективните фотоволтаични (PV) устройства са в челните редици на това усилие, особено благодарение на тандемните структури. Сред ключовите материали, които се разработват за фотоволтаични устройства от следващо поколение, са перовскитите и тънките III-V филми, като и двата материала показват изключителни оптоелектронни свойства и обещават значително подобряване работата на бъдещите многопреходни слънчеви клетки.
Въпреки големия си потенциал, всеки от тези материали е изправен пред критични технологични предизвикателства. Филмите от III-V съединения, известни със своята превъзходна ефективност и здравина, все още не са рентабилни и остават несъвместими с широкомащабно наземно внедряване, предвид високата цена на III-V подложките. Сред предложените стратегии за намаляване на разходите някои изследователски екипи се фокусират върху епитаксиален растеж на III-V материали върху по-достъпни подложки като силиций.
Междувременно перовскитите отбелязаха бърз напредък и впечатляващо повишаване на ефективността, но проблеми, свързани със стабилността, контрола на дефектите и миграцията на йони, продължават да ограничават тяхното търговско приложение.
Проектът обединява допълващата се експертиза на три водещи европейски лаборатории: Laboratoire de Genie electrique et electronique de Paris (GeePs)– фотолуминесценция, Софийски университет "Св.Климент Охридски" – Повърхностно фотонапрежение (SPV) и Института по физика на Чешката академия на науките (FZU) – Фототермична дефлекторна спектроскопия (PDS). Чрез комбиниране на тези техники проектът цели многостранно разбиране на свойствата на нови III-V филми и перовскитни материали.
Използват се също AFM (C-AFM, KPFM), Raman, XPS/UPS, SSPG и други усъвършенствани методи.
Участници
СУ „Св. Климент Охридски"
Ръководител: проф. дфзн Веселин Дончев
Email: vtd@phys.uni-sofia.bg
GeePs, CentraleSupelec (Франция)
Ръководител: Dr. Jose Alvarez
Email: jose.alvarez@centralesupelec.fr
Institute of Physics, Czech Academy of Sciences
Ръководител: Dr. Ledinsky
Email: ledinsky@fzu.cz
Работни пакети
| Видове дейности | Изпълнители | Очаквани резултати |
|---|---|---|
|
РП 0. Управление и разпространение 0.1 Управление на проекта 0.2 Разпространение на резултатите |
Всички |
- Междинен и окончателен отчет; - Интернет страница; - Участие в международни конференции; - Минимум 2 научни статии в списания с IF. |
|
РП 1. Изготвяне на образци 1.1 Епитаксиални слоеве от III-V върху GaAs и c-Si 1.2 Изготвяне на перовскитни филми |
Екипът от Франция Екипът от Чехия |
- III-V слоеве върху GaAs и c-Si; - P-N преходи върху GaAs и/или c-Si; - стабилни перовскитни структури. |
|
РП 2. Повърхностно фотонапрежение (SPV) 2.1 SPV спектри 2.2 SPV транзиенти 2.3 Оценка на дифузионната дължина |
Екипът от България |
- Енергия на забранената зона; - Ход на енергетичните зони на повърхността и интерфейса; - Процеси на генерация, рекомбинация и транспорт на носители на заряд. |
|
РП 3. Фототермична дефлекторна спектроскопия (PDS) PDS абсорбционни спектри |
Екипът от Чехия |
- Спектър на оптична абсорбция; - Идентификация на дефекти. |
|
РП 4. Фотолуминесценция (PL) 4.1 Модулирана PL 4.2 Транзиентна PL 4.3 Стационарна PL |
Екипът от Франция |
- Динамика на носителите; - Забранена зона; - Дефектни нива. |
|
РП 5. Сравнително характеризиране и моделиране 5.1. SPV/PL корелация; 5.2. Сравнение на резултатите от PDS, SSPG, SPV; 5.3. Сравнение на резултатите от Raman, XPS/UPS; 5.4. C-AFM, KPFM |
Всички |
- По-добро разбиране на транспорта на носителите на заряд; - Информация за влияние на дефектите; - Корелация структура–свойства–стабилност. |
Резултати
Публикации
- Минимум 2 научни публикации в списания с IF.
- Планирани съвместни публикации между трите партньорски институции.
Участия в научни форуми
- IХ-та Национална Студентска Научна Конференция „Физика-Инженерство-Технологии “, 04 - 05 Декември 2025 г., гр. Пловдив https://shorturl.at/KSnrb
- научен форум 2
Петко Еленкин, (устен доклад)
Investigation of GaSb Micro-Islands Deposited on Si Substrates
Abstract:
Gallium antimonide (GaSb), with its direct bandgap of 0.726 eV and room-temperature carrier mobilities around or above 1000 cm2/Vs, is well suited for various optoelectronic applications and is a promising candidate for Si/III–V planar integration. However, depositing GaSb on Si substrates remains technically challenging due to the large lattice mismatch (~12%) and the significant difference (by a factor of ~3) in their thermal expansion coefficients.
Using Ag nano-dots as catalysts and a simple thermal evaporation technique, we have obtained microscopic GaSb islands of high crystalline quality on (100) p-Si substrates. This is supported by structural characterization reported earlier (AFM, SEM, XRD, Raman scattering).
The present work focuses on the mechanisms of photovoltage generation in these microstructures. A comparison between the surface photovoltage (SPV) spectra of the GaSb/Si sample and pure Si reveals a distinct photovoltage contribution arising from the GaSb islands, with a phase opposite to that observed in pure Si. The possible origin of this inverse-phase SPV signal is discussed.
Работни срещи с партньори
- Работна среща 1
- Краткосрочни научни мобилности на докторанти и студенти.
Място: Париж – GeePs, IPVF
Период: 23.11. – 02.12.2025 г.
Участници: представители на трите партньора: GeePs & IPVF, СУ, FZU
Обсъдени бяха текущите научни изследвания по темата на проекта, както следва.
СУ представи резултатите от изследванията по метода повърхностно фото-напрежение на структури GaAs/GaAs и GaAs/Ge/Si, предоставени от френските партньори.
FZU представи резултатите получени чрез фотолуминесценция и фотопроводимост на подобни образци.
Френският екип представи резултати от фотолуминесцентни измервания.
Всички резултати бяха дискутирани съвместно от трите екипа. Набелязаха се какви следващи образци да подготви френският екип и какви нови измервания да се направят. В частност се реши какви нови образци да получи българският екип и на какви изследвания да наблегне в следващите месеци.
Особено интересно бе посещението в лабораториите на Френския институт по фотоволтаика (IPVF) и част от лабораториите на Политехническото училище в Париж (Ecole Polytechnique de Paris).
Планирано бе посещение в чешката лаборатория през пролетта на 2026 г.
Със специалист по моделиране дискутирахме използването на софтуерен пакет Solcore за пресмятания на полупроводникови структури, в частност и на слънчеви елементи.