Kashuba A. Transformation of the electron and phonon spectra in thin films based on materials АІІВ VI group.

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Science (DSc)

State registration number

0524U000136

Applicant for

Specialization

  • 01.04.18 - Фізика і хімія поверхні

21-05-2024

Specialized Academic Board

Д 20.051.06

Vasyl Stefanyk Precarpathian National University

Essay

The object of study is the processes of deposition of thin semiconductor films of solid substitution solutions of compounds of group AIIB VI (CdTe1-xSex, CdSe1-xSx, Cd1-xMnxTe and doped zinc oxide films) and the transformation of their optical properties and electronic parameters depending on the component composition. The thesis solves an actual problem in semiconductor materials science, physics and surface technology, which concerns the synthesis, modification and optoelectronic research of thin film materials for their use in solar cells and sensors. The behaviour of structural, optical, phonon, and electronic parameters of thin films of materials of the AIIB VI group depends on the deposition method, alloying impurity, or substituting component. Depending on the deposition method, thin films of cadmium chalcogenides (CdSe, CdS) can crystallize in a cubic or hexagonal structure. Doping or substitution in these compounds (CdTe1-xSex , CdSe1-xSx , Cd1-xMnxTe) leads to the formation of thin films of different crystal structures depending on the deposition method and the content of the substituting component. Considering that only the cubic structure of the absorbing layer, which is photoactive and can convert light into a photocurrent, is desired as the active layer of the solar cell, the first problem that is considered in the paper appears. Namely, the deposition of thin films CdTe1-xSex and Cd1-xMnxTe crystallized in a cubic structure. Another problem that arises in solar cells is the lattice mismatch between CdTe and CdS layers. This inconsistency leads to the occurrence of photocurrent, which negatively affects the operation and efficiency of the solar cell. As a result, the problem of reducing this lattice mismatch between the absorbing layer and the emitter arises. This problem can be solved by using CdTe1-xSex as an absorbing layer, and CdSe1-xSx as an emitter.

Research papers

1. Refractive index and optical dielectric function of CdTe0.9Se0.1 thin film obtained by quasi close-space sublimation method / A. Kashuba, H. Ilchuk, I. Semkiv, I. Kuno, N. Pokladok, N. Ukrainets // Functional Materials. 2023. Vol. 30, № 3. P. 332–337. DOI: https://doi.org/10.15407/fm30.03.332 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, встановлення спектральної залежності показника заломлення та аналіз отриманих результатів.

2. Ab initio studies of elastic properties of the cubic solid-state CdTe1-xSex solutions / А.І. Кашуба // J. Phys. Stud. 2023. Vol. 27, № 2. P. 2601(7). DOI: https://doi.org/10.30970/jps.27.2601 .

3. Influence of metal atom substitution on the electronic and optical properties of solidstate Cd0.75X0.25Te (X= Cu, Ag and Au) solutions/ A.I. Kashuba // Physics and Chemistry of Solid State. 2023. Vol. 24, № 1. P. 92–101. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.92-101.

4. Ab initio studies of elastic properties of CdSe1–xSx solid state solution / I.V. Semkiv, A.I. Kashuba, H.A. Ilchuk, B. Andriyevsky, N.Yu. Kashuba, M.V. Solovyov // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2023. Vol. 15, № 2. P. 02014(7). DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.15(2).02014 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок концентраційної залежності пружних модулів та проведення їхнього аналізу.

5. Optical properties of CdSe thin films with different thicknesses obtained by the method of high-frequency magnetron sputtering/ A.I. Kashuba, H.A. Ilchuk, I.V. Semkiv, 15 B. Andriyevsky, Y.M. Storozhuk, R.Y. Petrus // Romanian Journal of Physics. 2023. Vol. 68, № 5–6. P. 204(17). Особистий внесок здобувача: проведення експерименту з вимірювання спектрів пропускання та відбивання, осадження плівок, а також інтерпретація одержаних результатів.

6. Ab initio studies of the gas adsorption on the surface CdSe1–xSx ultra-thin films/ A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, B. Andriyevsky, H.A. Ilchuk, N.Y. Kashuba // Applied Nanoscience. 2023. Vol. 13, № 10. P. 6749–6759. DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-023-02771-z Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення розрахунків енергетичних діаграм, інтерпретація теоретичних розрахунків.

7. Concentration dependences of electronic band structure of CdSe1–xSx thin films/ A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, I.V. Semkiv, T.S. Malyi, R.Y. Petrus // Applied Nanoscience. 2023. Vol. 13, № 7. P. 4761–4770. DOI: https://doi.org/10.1007/s13204-022-02613-4 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок та побудова енергетичних діаграм та спектрів оптичних констант, інтерпретація теоретичних розрахунків.

8. Pressure effect on the electronic spectra of CdSe and CdS / A.I. Kashuba, H.A. Ilchuk, B. Andriyevsky, R.Y. Petrus, I.V. Semkiv, R.R. Guminilovych // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2023. Vol. 751, № 1. P. 5812–5818. DOI: https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2073527 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок енергетичних діаграм, встановлення залежностей енергетичних рівнів від тиску, інтерпретація теоретичних розрахунків.

9. First-principle calculations of electron, phonon, optic and thermodynamic properties of CdSe and CdS crystals/ A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, H.A. Ilchuk, R.Y. Petrus, V.M. Kordan, S.V. Shyshkovskyi // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2022. Vol. 24, № 9–10. P. 477–486. Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок фононного енергетичного спектру, інтерпретація теоретичних розрахунків.

10.Calculation of the vibrational spectra of CdSe and CdS crystals with zinc blende structure / A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, I.V. Semkiv, R.Yu. Petrus, H.A. Ilchuk, S.V. Shyshkovskyi // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 62, № 9. P. 5812– 5818. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.495 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок фононного енергетичного спектру та термодинамічних властивостей, інтерпретація теоретичних розрахунків.

11.Electron, phonon, optical and thermodynamic properties of CdTe crystal calculated by DFT / H.A. Ilchuk, L.I. Nykyruy, A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, M.V. Solovyov, B.P. Naidych, V.M. Kordan, L.R. Deva, M.S. Karkulovska, R.Y. Petrus // Physics and Chemistry of Solid State. 2022. Vol. 23, № 2. P. 261–269. DOI: https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.261-269 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронного енергетичного спектру та оптичних властивостей, інтерпретація теоретичних розрахунків.

12.Growth, crystal structure and theoretical studies of energy and optical properties of CdTe1–xSex thin films / A.I. Kashuba, H.A. Ilchuk, R.Yu. Petrus, B. Andriyevsky, I.V. Semkiv, E.O. Zmiyovska // Applied Nanoscience. 2022. Vol. 12, № 3. P. 335–342. DOI: 10.1007/s13204-020-01635-0 17 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень спектру оптичного пропускання та його аналіз, розрахунок електронного енергетичного спектру, інтерпретація експериментальних і теоретичних розрахунків.

13.Вплив тиску на електронний енергетичний спектр кристалу сульфіду кадмію зі структурою сфалерит / А.І. Кашуба, Б. Андрієвський, І.В. Семків, Г.А. Ільчук, М.Я. Рудиш, П.А. Щепанський, М.С. Каркульовська, Р.Ю. Петрусь // Журнал фізичних досліджень. 2022. Т. 26, № 1. С. 1701-1–1701-6. DOI: 10.30970/jps.26.1701 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок енергетичних діаграм, встановлення залежностей енергетичних рівнів від тиску, інтерпретація теоретичних розрахунків.

14.First-principle calculations of band energy structure of CdSe0.5S0.5 solid state solution thin films / A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, I.V. Semkiv, H.A. Ilchuk, R.Y. Petrus, Y.M. Storozhuk // Physics and Chemistry of Solid State. 2022. Vol. 23, № 1. P. 52–56. DOI: 10.15330/pcss.23.1.52-56 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронного енергетичного спектру, інтерпретація теоретичних розрахунків.

15.Electronic band structure of cubic solid-state CdTe1-xSex solutions / H.A. Ilchuk, B. Andriyevsky, O.S. Kushnir, A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, R.Yu. Petrus // Ukrainian Journal of Physical Optics. 2021. Vol. 22, № 2. P. 101–109. DOI: 10.3116/16091833/22/2/101/2021 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронного енергетичного спектру, інтерпретація теоретичних розрахунків.

16.Electronic structure and elastic properties of Cd16Se15Te solid state solution: first principles study / A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, H.A. Ilchuk, R.Yu. Petrus, T.S. Malyi, I.V. Semkiv // Condensed Matter Physics. 2021. Vol. 24, № 2. P. 23702-1– 23702-10. DOI: 10.5488/CMP.24.23702 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок пружних постійних та швидкостей звуку, інтерпретація теоретичних розрахунків.

17.Optical and dispersion parameters of the Al-doped ZnO Thin film / A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, H.A. Ilchuk, R.Yu. Petrus, T.S. Malyi, I.V. Semkiv // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2021. Vol. 13, № 4. P. 04006-1–04006-7. DOI: 10.21272/jnep.13(4).04006 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень спектру оптичного пропускання та його аналіз, розрахунок спектральної поведінки оптичних функцій, інтерпретація експериментальних результатів.

18.Optical properties of Al-doped ZnO thin films obtained by the method of highfrequency magnetron sputtering / A. Kashuba, H. Ilchuk, R. Petrus, I. Semkiv, O. Bovgyra, M. Kovalenko, V. Dzikovskyi // Modern Physics Letters B. 2021. Vol. 35, № 11. P. 2150189. DOI: 10.1142/S021798492150189X Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень спектру оптичного пропускання, осадження плівок, інтерпретація експериментальних результатів.

19.Розмірний ефект у тонких плівках CdS / Г.А. Ільчук, А.І. Кашуба, Р.Ю. Петрусь, І.В. Семків, В.М. Кордан // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2021. Т. 19, № 1. С. 139–146. Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень спектру оптичного пропускання, осадження плівок, інтерпретація експериментальних результатів.

20.Growth, crystal structure and optical properties of CdTe1-xSex thin films prepared by quasi close-space sublimation method / R. Petrus, H. Ilchuk, A. Kashuba, I. Semkiv, N. Ukrainets // Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2021. Vol. 717, № 1. P. 128– 135. DOI: 10.1080/15421406.2020.1860538 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, проведення експериментальних досліджень спектрів оптичного пропускання, відбивання і поглинання, інтерпретація експериментальних результатів.

21.Elastic properties of CdTe1-xSex (x= 1/16) solid solution: First principles study / H.A. Ilchuk, D.V. Korbutyak, A.I. Kashuba, B. Andriyevsky, I.M. Kupchak, R.Y. Petrus, I.V. Semkiv // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2020. Vol. 23, № 4. P. 355–360. DOI: 10.15407/SPQEO23.04.355 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок пружних постійних, інтерпретація теоретичних розрахунків.

22.Динаміка зміни електронних та оптичних властивостей твердих розчинів заміщення CdSe1-xSx / Г.А. Ільчук, Е.О. Височанська, Р.Ю. Петрусь, І.В. Петрович, І.В. Семків, А.І. Кашуба // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2020. Т. 18, № 1. С. 59–75. 20 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронних енергетичних спектрів та встановлення концентраційних залежностей, інтерпретація теоретичних розрахунків.

22.Динаміка зміни електронних та оптичних властивостей твердих розчинів заміщення CdSe1-xSx / Г.А. Ільчук, Е.О. Височанська, Р.Ю. Петрусь, І.В. Петрович, І.В. Семків, А.І. Кашуба // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2020. Т. 18, № 1. С. 59–75. 20 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронних енергетичних спектрів та встановлення концентраційних залежностей, інтерпретація теоретичних розрахунків.

23.Optical properties of CdMnTe film: experimental and theoretical aspects / H. Ilchuk, E. Zmiiovska, R. Petrus, I. Semkiv, I. Lopatynskyi, A. Kashuba // Journal of Nanoand Electronic Physics. 2020. Vol. 12, № 1. P. 01027-1 (4pp). DOI: 10.21272/jnep.12(1).01027 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок оптичних, експериментальне вимірювання спектрів оптичного пропускання, інтерпретація експериментальних і теоретичних результатів.

24.Transformation of band energy structure of solid solutions CdMnTe / R.Yu. Petrus, H.A. Ilchuk, V.M. Sklyarchuk, A.I. Kashuba, I.V. Semkiv, E.O. Zmiiovska // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2018. Vol. 10, № 6. P. 06042 (5pp). DOI: 10.21272/jnep.10(6).06042 Особистий внесок здобувача: постановка задачі, розрахунок електронних енергетичних спектрів та встановлення концентраційних залежностей, інтерпретація теоретичних розрахунків.

Files

Similar theses