Chemical vapor transport법에 의해 제조된 $Sn_2P_2S_6$ 강유전체 재료의 photovoltaic 특성

Abstract

화학기상이동법으로 합성된 $Sn_2P_2S_6$를 다결정으로 제조하였을 때의 강유전특성과 빛을 조사하였을 경우 나타나는 광전압특성에 관해 조사하였고, 그 결과를 단결정과 비교해 보았다. 구성원소(tin,phosphorus,sulfur)들을 화학양론적으로 혼합한 다음, transprot agent로서 iodine을 첨가하여 quartz tube에 진공봉합후 700℃에서 반응시키고 온도 구배를 통하여 cold zone에서 결정들을 성장시켰으며, Ukraine로부터 잘 성장된 단결정을 입수하였다. 다결정 시편은 단결정을 기계적방법으로 분쇄한 후, 분위기 분말 (sulfur,phosphorus)과 함께 quartz tube에 진공봉합하여 소결하였다. 결정성장 실험결과 큰 단결정들이 성장하지 못하였고, 이것은 구성원소의 quality와 quartz tube표면상태, transport agent의 농도, 온도구배등이 영향을 미친 것으로 생각된다. Ukraine로부터 입수한 단결정들은 평형한 면이 [002]방향 으로 성장되어 있었으며, 광전압특성 측정을 위해 [002]방향이 전극면이 되도록 cutting후 전극처리하였다. 빛조사와 동시에 IV curve로부터 단결정은 약0.2(V/cm)의 광전압을 얻을 수 있었으나, poling 과정없이도 광전압(전류)가 측정 가능하였고 따라서 $Sn_2P_2S_6$의 domain구조에 관한 연구가 필요하다. 분위기 분말을 이용하여 소결한 다결정 시편의 경우 분위기 분말양이 0.0269g인 최적조건에서 가장 낮은 전기전도도와 가장 높은 밀도를 가지는 다결정을 얻을 수 있었다. 다결정의 PE curve에서 측정된 낮은 Pr값은 grain size나 비화학양론적 효과에 의한 것으로 생각된다. 다결정은 상온에서 3kV/cm로 30분간 poling한 후, 측정된 광전압은 약 6(V/cm)이며, 입계에 trap된 전하들에 의해 형성된 potential barrier에 의해 단결정 보다 낮은 광전도도를 나타내었다. 다결정이 단결정보다 높은 광전압을 가지고 있으나, 광전도도가 낮고 그 차이가 광전압의 차이보다 훨씬 크므로 단결정이 상대적으로 높은 전류밀도를 나타내었다.