Name: ניאוביום אוקסיד סרטים שהופקדו על ידי התזה ראקטיבית: השפעת קצב זרימת החמצן (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-28T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: חקור שיטת התזה ריאקטיבית להפקת סרטי ניאוביום אוקסיד עם בקרת קצב זרימת חמצן. פרוטוקול זה מאפשר יצירת שכבות תמסורת אלקטרונים אחידות לתאים סולאריים פרובסקיטיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

העבודה נתמכת על ידי הפונדסאו דה Amparo à Pesquisa do Estado דה סאו פאולו (FAPESP), סנטרו de Desenvolvimento de חומריות מיקרו (CDMF-FAPESP N º 2013/07296-2, 2017/11072-3, 2013/09963-6 ו 2017/18916-2). תודות מיוחדות לפרופסור מקסימו סיו לי למדידות PL.

1. תצריב וניקוי המצע
<ol><li>באמצעות מערכת חיתוך זכוכית, טופס 2.5 x 2.5 מצעים בגודל של פלואוריד דק (FTO).</li>
	<li>הגן על חלק ממשטח המצע עם קלטת תרמית עוזב 0.5 ס מ של צד אחד חשוף.</li>
	<li>הפקדה כמות קטנה של אבקת אבץ (מספיק כדי לכסות את האזור להיות חרוט) על גבי החלק העליון של FTO חשוף ושחרר חומצה הידרוכלורית מרוכז (HCl) על אבקת אבץ לאט עד כל אבקת אבץ נצרך על ידי התגובה. מיד לאחר מכן, לשטוף את המצע עם מים מפוהים (DI). התראה: גז מימן בשפע מופק אבץ ותגובת HCl.</li>
	<li>להסיר את הקלטת ולשטוף עם די מים וסבון באמצעות מברשת קטנה. הערה: המברשת מסייעת להסיר דבק שיורית מהקלטת.</li>
	<li>השאר את המצע החרוט בתמיסת סבון (50% במים) ושמור אותו למשך 15 דקות באמבט ultrasonicate. אז, sonicate עבור 15 דקות ב-DI מים (2 פעמים), ואחריו 10 דקות יותר ב אצטון ולבסוף 10 דקות אלכוהול איזופרופיל. יבש את המצע עם גז חנקן.</li>
</ol>2. התצהיר של ניאוביום תחמוצת הסרטים
<ol><li>תקן את המצע דרך מסיכת צל הגנה על 0.5 ס מ של שני הצדדים. הערה: בצידו השני של ה-FTO, חשוב לאשר כי ה-FTO מכוסה כדי למנוע מעגלים קצרים בעת בניית התא.</li>
	<li>הציגו את המצע לחדר הניקוז. ואטמו את החדר</li>
	<li>. הפעל את משאבת המכונאי ב -10 דקות הראשונות, לשנות את השסתום 3-הדרך למצב האלימה כדי לחמם את הנפט שלה לשחרר מים כדי לשפר את שאיבה. המשאבה הראשית עובדת לבד עד שהלחץ הוא 6 x 10-2 Torr.</li>
	<li>לשנות את השסתום 3-כיוון לתנוחת הגיבוי, ולהפוך את המשאבה טורבו מולקולרי on. לאחר הפעלת המשאבה המולקולרית, פתח את שסתום השער בכניסה למשאבת הוואקום. התצהיר מתחיל כאשר הלחץ מגיע 3 x 10-6 torr. הערה: לפני תחילת משאבה מולקולרית, ואקום הראשי צריך להיות טוב יותר 6 x 10-2 torr, עם זאת, לא גבוה יותר 5 x 10-2 torr על מנת למנוע זיהום החדר עם שמן משאבה.</li>
	<li>כאשר ואקום מגיע 5 x 10-5 torr, לפתוח את מערכת קריר מים ולהפעיל את מערכת החימום מצע. הגדר את הטמפרטורה ב 500 ° c. הגדילו את הטמפרטורה לאט, 100 ° c כל 5 דקות עד שהוא מגיע לערך הרצוי.</li>
	<li>הגדר את הפרמטרים של גזים לשימוש בתצהיר: ארגון של 40 sccm וחמצן של 3 כדי 10 sccm. הערה: שיעור זרימת החמצן היה מגוון בכל התצהיר: 3, 3.5, 4 ו 10 sccm. חמצן מגיב עם ניאוביום להרכיב תחמוצת ניאוביום.</li>
	<li>להציג ארגון על החדר, ולהגדיר את הלחץ על 5 x 10-3 torr ואת תדר רדיו (RF) כדי 120 W. להפעיל את RF ולכוון באמצעות תיבת התאמת עכבה. במקרה פלזמה לא מתחיל, להגדיל את הלחץ לאט עד שהוא מגיע 2 x 10-2 Torr. , בלחץ הזה. הפלסמה אמורה להתחיל הפעילו את הלחץ באמצעות שסתום שער שניתן לפתוח או לסגור כדי לשנות את קצב השאיבה.</li>
	<li>לשמור על פלזמה ב 120 W עבור 10 דקות כדי לנקות את היעד ניאוביום הסרת כל שכבת תחמוצת להציג על פני השטח שלה. הערה: בעת ניקוי היעד, תריס המצע סגור כדי להגן על המצע מכל התצהיר החומרי.</li>
	<li>להציג חמצן לתוך החדר, לאחר ייצוב, להגדיר את הכוח תדר רדיו כדי 240 W ולפתוח את תריס המצע. . התצהיר מתחיל הגדר את זמן התצהיר להיות בעובי הסופי של 100 ננומטר על בסיס מחקרים קודמים שקבעו את שיעור התצהיר. עבור כל תנאי תצהיר צפוי שיעור התצהיר שונה, כך זמן התצהיר גם שונה.</li>
	<li>לאחר זמן התצהיר הושלמה, לסגור את התריס מיד, לכבות את ה-RF, לסגור את הגזים ולהקטין את טמפרטורת המצע לטמפרטורת החדר.</li>
	<li>ככל שטמפרטורת המצע מגיעה לטמפרטורת החדר, הציגו אוויר ליצירה מחדש של לחץ הסביבה ופתחו את החדר. הערה: בדרך כלל, המערכת אורכת 4 שעות כדי להגיע לטמפרטורה של 40 ° c.</li>
</ol>3. בניית תאי השמש
<ol><li>הכנת הפתרונות המשמשים לבניית המכשירים<ol>
<li>TiO2 הדבק פתרון: מערבבים 150 מ"ג של TiO2 הדבק 1 מ ל של די מים. מערבבים את זה ליום אחד לפני השימוש. הערה: לשמור על ההשעיה ערבוב גם כאשר אתה לא משתמש בו כדי להיות בטוח כי ההשעיה היא תמיד הומוגנית.</li>
		<li>הכינו את פתרון היודיד המוביל (PbI2) על-ידי ערבוב 420 מ"ג של pbi2 ב-1 מ ל של הידרופראיד דימתיפימיד. השתמש רק בממיסים הידרומים.</li>
		<li>הכינו את התמיסה של מתיונין (CH3nh3I) על ידי הוספת 8 מ"ג של CH3nh3אני 1 מ ל של אלכוהול איזופרופיל (IPA). הערה: תוכן המים ב-IPA חייב להיות פחות מ 0.0005%.</li>
	</ol>
</li>
	<li>הפקדה TiO2 mesoporous שכבה על גבי שכבת תחמוצת ניאוביום באמצעות מרובע ספין ב 4,000 rpm עבור 30 s.</li>
	<li>הניחו את המצע על התנור בעקבות השלבים: 270 ° צ' למשך 30 דקות; 370 ° c עבור 30 דקות ו 500 ° c עבור 1 h. המתן עד שהתנור יגיע לטמפרטורת החדר ויסיר את המצע. הערה: הטיפול בחום מבטל את החלק האורגני של ההדבקה ומותיר שכבה נקבובי על הסרט.</li>
	<li>הפקדה שתי שכבות של PbI2 על גבי TiO2 mesoporous באמצעות מרובע ספין ב 6,000 rpm עבור 90 s ואחרי כל התצהיר לשים את המצע בצלחת חמה ב 70 ° c עבור 10 דקות. הערה: התצהיר של PbI2 חייב להיות בתוך תיבת כפפה מלאה חנקן טהור או ארגון עם אווירה מבוקרת (מים וחמצן < 0.1 ppm).</li>
	<li>הפקדת הפתרון שלהמלון. ירידה 0.3 mL של CH3NH3אני פתרון אל pbi2, לחכות 20 s ולאחר מכן ספין ב 4,000 Rpm עבור 30 s. לשים את המצע על צלחת חמה ב 100 ° c עבור 10 דקות. הערה: The CH3NH3אני התצהיר חייב להיות בתוך תיבת הכפפות. הסכום הכולל שלהפתרון CH 3NH3I חייב להיות ירד במהירות בצעד אחד בלבד.</li>
	<li>הפקדה של ספירו-ometad פתרון על גבי שכבת פרוביסקיט על ידי ציפוי ספין ב 4,000 סל ד עבור 30 s. להשאיר את המצע באווירת חמצן בלילה. הערה: ההצהרה של ספירו-מאת. חייבת להיות בתוך תא כפפות לאחר התצהיר, חשוב להשאיר את המצע לילה באווירת חמצן, כדי לעשות התחמיתו של ספירו-מקומלי מגביר את המוליכות שלה.</li>
	<li>התאדה 70 nm של מגע זהב באמצעות מסיכת צל בקצב של 0.2 A/s עד 5 ננומטר הוא הגיע ולאחר מכן להגדיל את הקצב ל 1 A/s. הערה: חשוב להשתמש בקצב איטי בהתחלה כדי למנוע דיפוזיה של הזהב דרך התא.</li>
</ol>

<ol><li>Wasa, K., Kitabatake, M., Adachi, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWasa%2C+K+%22Thin+film+materials+technology+%3A+sputtering+of+compound+materials%22">Thin film materials technology : sputtering of compound materials</a>. , William Andrew Pub. (2004).</li>
<li>Kelly, P. J., Arnell, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetron+sputtering%3A+A+review+of+recent+developments+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Vacuum%22%5BJournal%5D)">Magnetron sputtering: A review of recent developments and applications.</a> Vacuum. 56, 159-172 (2000).</li>
<li>Chen, W. -C., Peng, C. Y., Chang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heteroepitaxial+growth+of+TiN+film+on+MgO+%28100%29+by+reactive+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Heteroepitaxial growth of TiN film on MgO (100) by reactive magnetron sputtering.</a> Nanoscale Research Letters. 9, 551(2014).</li>
<li>Guo, Q. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heteroepitaxial+growth+of+gallium+nitride+on+%28+1+1+1+%29+GaAs+substrates+by+radio+frequency+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Heteroepitaxial growth of gallium nitride on ( 1 1 1 ) GaAs substrates by radio frequency magnetron sputtering.</a> Journal of Crystal Growth. 239, 1079-1083 (2002).</li>
<li>Berg, S., Nyberg, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+understanding+and+modeling+of+reactive+sputtering+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+films%22%5BJournal%5D)">Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes.</a> Thin Solid films. (476), 215-230 (2005).</li>
<li>Wong, M. S., Sproul, W. D., Chu, X., Barnett, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+magnetron+sputter+deposition+of+niobium+nitride+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Vacuum+Science+%26+Technology+A%3A+Vacuum%2C+Surfaces+and+Films%22%5BJournal%5D)">Reactive magnetron sputter deposition of niobium nitride films.</a> Journal Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces and Films. 11, 1528-1533 (2002).</li>
<li>Zoita, C. N., Braic, L., Kiss, A., Braic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+NbC+coatings+deposited+by+magnetron+sputtering+method%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Characterization of NbC coatings deposited by magnetron sputtering method.</a> Surface and Coatings Technology. 204, 2002-2005 (2010).</li>
<li>Nico, C., Monteiro, T., Graça, M. P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Niobium+oxides+and+niobates+physical+properties%3A+Review+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Niobium oxides and niobates physical properties: Review and prospects.</a> Progress in Materials Science. 80, 1-37 (2016).</li>
<li>Aegerter, M. A., Schmitt, M., Guo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+niobium+pentoxide+coatings%3A+Applications+to+photovoltaic+energy+conversion+and+electrochromism%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Sol-gel niobium pentoxide coatings: Applications to photovoltaic energy conversion and electrochromism.</a> International Journal of Photoenergy. 4, 1-10 (2002).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hysteresis+dependence+on+CH3NH3PbI3+deposition+method+in+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE+-+International+Society+for+Optics+and+Photonics%22%5BJournal%5D)">Hysteresis dependence on CH3NH3PbI3 deposition method in perovskite solar cells.</a> Proceedings of SPIE - International Society for Optics and Photonics. 9936, 9936(2016).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5hole+blocking+layer+for+hysteresis-free+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">Nb2O5hole blocking layer for hysteresis-free perovskite solar cells.</a> Materials Letters. 181, 103-107 (2016).</li>
<li>Hamada, K., Murakami, N., Tsubota, T., Ohno, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-processed+amorphous+niobium+oxide+as+a+novel+electron+collection+layer+for+inverted+polymer+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Solution-processed amorphous niobium oxide as a novel electron collection layer for inverted polymer solar cells.</a> Chemical Physics Letters. 586, 81-84 (2013).</li>
<li>Aegerter, M. a <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+niobium+pentoxide%3A+A+promising+material+for+electrochromic+coatings%2C+batteries%2C+nanocrystalline+solar+cells+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Sol-gel niobium pentoxide: A promising material for electrochromic coatings, batteries, nanocrystalline solar cells and catalysis.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 68, 401-422 (2001).</li>
<li>Rani, R. A., Zoolfakar, A. S., O'Mullane, A. P., Austin, M. W., Kalantar-Zadeh, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin+films+and+nanostructures+of+niobium+pentoxide%3A+fundamental+properties%2C+synthesis+methods+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Thin films and nanostructures of niobium pentoxide: fundamental properties, synthesis methods and applications.</a> Journal Materials Chemistry A. 2, 15683-15703 (2014).</li>
<li>Foroughi-Abari, A., Cadien, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth%2C+structure+and+properties+of+sputtered+niobium+oxide+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Growth, structure and properties of sputtered niobium oxide thin films.</a> Thin Solid Films. 519, 3068-3073 (2011).</li>
<li>Numata, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb-doped+amorphous+titanium+oxide+compact+layer+for+formamidinium-based+high+efficiency+perovskite+solar+cells+by+low-temperature+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Nb-doped amorphous titanium oxide compact layer for formamidinium-based high efficiency perovskite solar cells by low-temperature fabrication.</a> Journal Materials Chemistry A. 6, 9583-9591 (2018).</li>
<li>Graça, M. P. F., Meireles, A., Nico, C., Valente, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5+nanosize+powders+prepared+by+sol-gel+-+Structure%2C+morphology+and+dielectric+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Alloys+and+Compounds%22%5BJournal%5D)">Nb2O5 nanosize powders prepared by sol-gel - Structure, morphology and dielectric properties.</a> Journal of Alloys and Compounds. 553, 177-182 (2013).</li>
<li>Kogo, A., Numata, Y., Ikegami, M., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb+2+O+5+Blocking+Layer+for+High+Open-circuit+Voltage+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Nb 2 O 5 Blocking Layer for High Open-circuit Voltage Perovskite Solar Cells.</a> Chemistry Letters. 44, 829-830 (2015).</li>
<li>Ueno, S., Fujihara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+an+Nb2O5+nanolayer+coating+on+ZnO+electrodes+in+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Effect of an Nb2O5 nanolayer coating on ZnO electrodes in dye-sensitized solar cells.</a> Electrochimica Acta. 56, 2906-2913 (2011).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+Properties+of+Niobium+Oxide+Films+for+Electron+Transport+Layers+in+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Exploring the Properties of Niobium Oxide Films for Electron Transport Layers in Perovskite Solar Cells.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 1-9 (2019).</li>
<li>Shirani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tribologically+enhanced+self-healing+of+niobium+oxide+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Tribologically enhanced self-healing of niobium oxide surfaces.</a> Surface and Coatings Technology. 364, 273-278 (2014).</li>
<li>Yan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5%2FTiO2+heterojunctions%3A+Synthesis+strategy+and+photocatalytic+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">Nb2O5/TiO2 heterojunctions: Synthesis strategy and photocatalytic activity.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 152 (1), 280-288 (2014).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

הסרטים תחמוצת ניאוביום שהוכנו בעבודה זו שימש כשכבת התחבורה אלקטרון בתאי השמש פרוביסקיט. המאפיין החשוב ביותר הנדרש עבור שכבת תחבורה אלקטרון הוא למנוע שילוב מחדש, חסימת חורים והעברת אלקטרונים ביעילות.
במובן זה, השימוש בטכניקת התזה התגובתית הוא יתרון שכן הוא מפיק סרטים צפופים וקומפקטיים. כמו כן, כפי שהוזכר כבר, לעומת סול-ג'ל, אנוזציה, הידרותרמי ואדים כימיים שיטות סינתזה14,21,22, התזה תגובתי היא המתאימה ב...

טכניקת הריסוס משמשת רבות להפקדת סרטים באיכות גבוהה. היישום העיקרי שלה הוא בתעשיית מוליך למחצה, למרות שהוא משמש גם ציפוי פני השטח לשיפור תכונות מכניות, ושכבות רפלקטיבית1. היתרון העיקרי של התזה היא האפשרות להפקיד חומרים שונים על גבי מצעים שונים; הטוב ביותר ושליטה על הפרמטרים התצהיר. טכניקת התזה מאפשרת הפקדת סרטים הומוגניות, עם הדבקה טובה על שטחים גדולים ובעלות נמוכה בהשוואה לשיטות התצהיר האחרות כגון הפקדת אדי כימית (CVD), מחלת הקרן המולקולרית (MBE) ועדות השכבה האטומית (אלד) 1,2. בדרך כלל, סרטים מוליכים למחצה שהופקדו על ידי התזה הם אמורפיים או פוליפשיים, עם זאת, ישנם דיווחים על גידול אפיציאני על ידי התזה3,4. עם זאת, תהליך התזה מורכב מאוד והטווח של הפרמטר הוא רחב5, כך שכדי להשיג סרטים באיכות גבוהה, הבנה טובה של התהליך ומיטוב הפרמטרים נחוצים עבור כל חומר.
ישנם מספר מאמרים המדווחים על התצהיר של ניאוביום הסרטים תחמוצת על ידי התזה, כמו גם ניאוביום ניטריד6 ו ניאובנום קרביד7. בין Nb-תחמוצות, ניאובנום pentoxide (Nb2O5) הוא חומר שקוף, יציב ומלא-מיים המוצגים בחומרים פולימורפיזם נרחבים. זהו מוליך למחצה n-type עם ערכי פער הלהקה החל מ 3.1 כדי 5.3 eV, נותן אלה תחמוצות מגוון רחב של יישומים8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19. Nb2O5 משכה תשומת לב ניכרת כחומר מבטיח לשמש פרוביסקיט תאים סולאריים בשל היעילות שלה הזרקה אלקטרון ויציבות כימית טובה יותר לעומת טיטניום דו חמצני (TiO2). בנוסף, פער הלהקה של Nb2O5 יכול לשפר את המתח במעגל הפתוח (Voc) של התאים14.
בעבודה זו, Nb2O5 הופקד על ידי התזה תגובתי תחת שיעורי זרימת חמצן שונים. בקצב של זרימת חמצן נמוכה, מוליכות הסרטים הוגדלה מבלי לעשות שימוש בסמים, אשר מציג זיהומים במערכת. סרטים אלה שימשו כשכבת התחבורה אלקטרון בתאי שמש פרוביסקיט שיפור הביצועים של תאים אלה. נמצא כי הפחתת כמות החמצן גורמת היווצרות של משרות חמצן, אשר מגדיל את המוליכות של הסרטים המובילים לתאי שמש עם יעילות טובה יותר.

<table><tbody><tr><td>2-פרופנול</td><td>Merck</td><td>67-63-0</td><td>ממס עם מקסימום של 0.005% H2O</td></tr><tr><td>4-tert-butylpyridine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>3978-81-2</td><td>כימיקל עם 96%</td></tr><tr><td>טוהר אצטוניטריל</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>75-05-8</td><td>ממס נטול מים, 99.8% טוהר</td></tr><tr><td>ביס(טריפלואורומתאן)סולפונימיד מלח ליתיום</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>90076-65-6</td><td>כימי עם &ge; 99.95%</td></tr><tr><td>טוהר כלורבנזן</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>108-90-7</td><td>ממס נטול מים, 99.8% טוהר</td></tr><tr><td>אתנול</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>200-578-6</td><td>ממס</td></tr><tr><td>פלואור מסומם תחמוצת פח (SnO2: F) מצע זכוכית</td><td>Solaronix</td><td>TCO22-7 / LI</td><td>מצע להפקדת סרטי</td></tr><tr><td>Kaptom קלטת</td><td>Usinainfo</td><td>04227</td><td>סרט תרמי המשמש לכיסוי המצעים</td></tr><tr><td>קורט ג'יי לסקר מערכת התזה מגנטרון</td><td>קורט ג'יי לסקר</td><td>------</td><td>ציוד מקרטע המשמש להפקדת סרטים קומפקטיים</td></tr><tr><td>עופרת (II) יודיד</td><td>אלפא אסאר</td><td>10101-63-0</td><td>PbI2 מלח- 99.998% טוהר</td></tr><tr><td>מתילאמוניום יודיד</td><td>Dyesol</td><td>14965-49-2</td><td>CH3NH3I מלח</td></tr><tr><td>N2,N2,N2&prime; ,N2&prime; ,N7,N7,N7&prime; ,N7&prime; -octakis (4-methoxyphenyl)-9,9&prime;-spirobi [9H-fluorene]-2,2&prime;,7,7&prime;-tetramine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207739-72-8</td><td>מלח Spiro-OMeTAD, יעד ניוביום בטוהר 99%</td></tr><tr><td>של 3 אינץ'</td><td>CBMM- חברת מטלורגיה וכרייה ברזילאית</td><td>------</td><td>יעד מקרטע ניוביום המשמש במערכת המקרטעת</td></tr><tr><td>N-N dimethylformamide</td><td>Merck</td><td>68-12-2</td><td>ממס עם מקסימום של 0.003% H2O</td></tr><tr><td>TiO2 paste</td><td>Dyesol</td><td>DSL 30NR-D</td><td>משחת טיטניום דו חמצני</td></tr><tr><td>tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine) cobalt(III) tri[bis( טריפלואורומתאן)סולפונימיד]</td><td>Dyesol</td><td>329768935</td><td>FK 209 Co(III) מלח TFSL</td></tr></tbody></table>

ניאוביום אוקסיד סרטים שהופקדו על ידי התזה ראקטיבית: השפעת קצב זרימת החמצן

Niobium Oxide Films Deposited by Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

התזה תגובתית היא טכניקה רב-תכליתית המשמשת ליצירת סרטים קומפקטיים עם הומוגניות מצוינים. כמו-כן, היא מאפשרת שליטה קלה בפרמטרים כגון שיעור זרימת הגז, שתוצאתה שינויים בקומפוזיציה ולכן בהתאם למאפייני הסרט הנדרשים. בדו ח זה, התזה מגיב משמש להפקדת סרטי תחמוצת ניאובנום. היעד ניאוביום משמש כמקור מתכת וזרימת חמצן שונים שיעורי ההפקדה ניאוביום בסרטי תחמוצת. שיעור זרימת החמצן השתנה מ 3 עד 10 sccm. הסרטים שהופקדו תחת שיעורי זרימת חמצן נמוכה מראים מוליכות חשמלית גבוהה יותר ומספקים התאים הסולאריים טוב יותר פרוביסקיט כאשר משתמשים כשכבת התחבורה האלקטרונים.

במערכת הריסוס, שיעור התצהיר מושפע מאוד מקצב זרימת החמצן. שיעור התצהיר פוחת. כאשר זרימת החמצן מוגברת בהתחשב בתנאים הנוכחיים של אזור היעד בשימוש וכוח פלזמה, הוא ציין כי מ 3 עד 4 sccm יש ירידה הבעה על שיעור התצהיר, עם זאת, כאשר החמצן הוא גדל מ 4 כדי 10 sccm זה הופך פחות מבוטא. במשטר 3 sccm שיעור התצהיר הוא 1.1 ננומטר/s, הפחתת בפתאומיות ל 0.1 ננומטר/s עבור 10 sccm כפי שנראה באיור 1.
השלב תחמוצת ניאוביום נוצר תלוי בקצב זרימת החמצן. עבור זרימות פחות מ 3 sccm, ניאוביום ד...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור ניאוביום בסרטי תחמוצת התצהיר על ידי התזה תגובתי עם שונים זרימת חמצן שיעורי לשימוש כשכבת התחבורה אלקטרון בתאי השמש פרוביסקיט.

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition ...

בטכניקת sputter תגובתי אפשר לקבל שליטה עדין של הפרמטרים המאפשר להפקיד אדים תחמוצת ניאוביום עם stochiometer שונה העדפה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא התצהיר של אדים הומוגניים עם הידבקות טובה על פני שטחים גדולים בעלות נמוכה ומעכב נמוך של הייצור. חשוב לשים לב לכל שלב ולא לדלג על כל צעד.ההבנה כיצד להתמודד עם ציוד ואת המראה הסופי של האדים מסייע להשיג תצהיר טוב. התחל על ידי הגנה על משטח המצע עם סרט תרמי, משאיר 0.5 ס"מ של צד אחד חשוף. להפקיד מספיק אבקת אבץ כדי לכסות את האזור כדי להיות חרוט על החלק העליון של תחמוצת דקה פלואוריד חשוף.ואז לאט לאט טיפה חומצה הידרוכלורית מרוכזת עד שכל אבקת האבץ נצרכת על ידי התגובה. מיד לשטוף את המצע עם מים מיונים. הסר את הקלטת.ו sonicate המצע עם סבון במשך 15 דקות, ואחריו פעמיים במים, אצטון, ואלכוהול איזופרופנול. לאחר תיקון המצע באמצעות מסכת צל מתכת, מניחים את המצע לתוך התא sputtering. לאחר איטום התא, הפעל את המשאבה המכונאית והפעיל את משאבת הטורבו המולקולרית.כאשר הוואקום מגיע חמש פעמים 10 כדי טור חמש שלילי, לפתוח את מערכת מצנן המים ולהפעיל את מערכת חימום המצע. הגדר את הטמפרטורה ל 500 מעלות צלזיוס, הגדלת 100 מעלות צלזיוס כל חמש דקות עד שהוא מגיע לערך הרצוי. הגדר את הארגון ל- 40 SCCM, ואת החמצן לשלושה סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה.להכניס ארגון לתא. והגדר את הלחץ לחמש פעמים 10 לשלושת הטור השליליים, ותדר הרדיו ל-120 וואט. הפעל את תדר הרדיו.שימוש בתיבה התאמת בלתי מכשולים כדי לכוונן את התדר לפי הצורך. אם הפלזמה לא מתחילה, להגביר את הלחץ לאט עד שהוא מגיע פעמיים 10 כדי טור שני שלילי. באמצעות שסתום שער שניתן לפתוח או לסגור כדי לשנות את קצב השאיבה כדי להגדיר את הלחץ.שמור את הפלזמה ב 120 וואט במשך 10 דקות כדי לנקות את היעד ניאוביום ולהסיר כל שכבת תחמוצת נוכח על פני השטח שלה. לאחר הייצוב, להכניס חמצן לתא, להגדיר את כוח RF ל 240 וואט, ולפתוח את תריס המצע. התחל את התצהיר ולהגדיר את זמן התצהיר, כדי להשיג עובי סופי של 100 ננומטר.מיד עם השלמת התצהיר, סגור את התריס, כבה את תדר הרדיו, סגור את הגזים והקטן את טמפרטורת המצע. כאשר טמפרטורת המצע מגיעה לטמפרטורת החדר, הציגו אוויר כדי לבסס מחדש את לחץ הסביבה לפני פתיחת התא, והסרת המצע. לבניית תאים סולריים, יש להגן על שני צידי המצע באמצעות פיסת סרט הדבקה ולהשתמש במעיל ספין ב-4,000 סיבובים בדקה למשך 30 שניות כדי להפקיד שכבת טיטניום דו-חמצני מזופורית על שכבת תחמוצת הניוביום.לאחר מכן מניחים את המצע בתנור בהתאם לרצף ההתחממות המצוין. כאשר התנור מגיע לטמפרטורת החדר, השתמש במעיל הספין כדי להפקיד שתי שכבות של יודיד עופרת לשכבת הטיטניום הדו-חמצני ב- 6, 000 סיבובים לדקה למשך 90 שניות. מניחים את המצע על צלחת חמה או 70 מעלות צלזיוס במשך 10 דקות לאחר כל תצהיר.לאחר הטיפול בחום, זרוק 300 מיליליטר של פתרון מתילמוניום יודיד על שכבות יודיד להוביל ולחכות 20 שניות לפני ספינינג ב 4, 000 סיבובים לדקה במשך 30 שניות. בסוף הסיבוב, מניחים את המצע על צלחת חמה במשך 10 דקות ב 100 מעלות צלזיוס, לפני הפקדת פתרון Spiro OMetTAD על גבי שכבת פרוביסקיט במעיל ספין ב 4, 000 סיבובים לדקה במשך 30 שניות. לאחר מכן לאחסן את הסרטים ב desiccator באוויר לילה כדי לחמצן Spiro OMetTAD.למחרת בבוקר, לגרד את הסרט perovskite לחשוף את FTO. השתמש במסכת צל כדי להפקיד מגע זהב במכונת אידוי בקצב של 0.2 אנגסטרום לשנייה עד העובי מגיע חמישה ננומטר, לפני הגדלת הקצב לאנגסטרום אחד לשנייה כדי לקבל 17 ננומטר של מגע זהב. אז התא מוכן להיבדק.במערכת sputtering, שיעור התצהיר מושפע מאוד על ידי קצב זרימת החמצן, ירידה כאשר זרימת החמצן עולה. לדוגמה, משלושה עד ארבעה SCCM, יש ירידה אקספרסיבית בשיעור התצהיר. כאשר החמצן גדל, מארבעה עד 10 SCCM אולם שיעור התצהיר הופך להיות פחות בולט.שלב תחמוצת הניוביום שנוצר תלוי בקצב זרימת החמצן, ולזרימות של פחות משלושה דו תחמוצת ניאוביום SCCM הוא השלב העיקרי שנוצר. עבור זרימות שוות או גבוהות מ- 3.5 SCCM, נפח החמצן גבוה מכדי ליצור ניאוביום דו-חמצני. במקום זאת, ניאוביום פנטוקסיד נצפה כשלב העיקרי.תמונות אלקטרו-מיקרוסקופיה מראות את החלקיקים הכדוריים הננומטריים של הסרטים שהופקדים בשלוש נקודות חמש, ארבע ו-10 SCCM. לעומת זאת, הסרט שהופקד בשלושה SCCM חושף חלקיקים בצורת גיליון. הסרטים שהופקד על ידי sputtering תגובתי בשיעורי זרימת חמצן שונים להפגין תכונות חשמליות שונות.מוליכות הסרטים עולה כאשר נעשה שימוש בשלושה SCCM של חמצן. כאשר קצב זרימת החמצן הוא גדל לשלוש נקודה חמש, ארבע או 10 SCCM, ירידה המוליכות נצפתה. הביצועים של תאים סולריים פרוביסקיט גם תלוי תחמוצת ניאוביום בשימוש.כתא עשוי עם שכבות הובלת אלקטרונים שהופקד בשלוש נקודות חמש SCCM יש את הביצועים הטובים ביותר עם זרם קצר הגבוה ביותר. זכור לבדוק כי כל הפרמטרים מוגדרים כראוי לפני תחילת התצהיר של סרטי תחמוצת ניאוביום. סרטי תחמוצות ניאוביום יכולים גם להיות הגורם ש דוחה פתרונות כימיים.עם זאת, המתכת אינה מאפשרת תצהיר של סטואיכיומטריה שונה. הוא הפיתוח של חלקים המנתחים כיצד מוליכות אדי תחמוצת ניאוביום משפיעה על הביצועים של תאים סולריים פרוביסקיט. יש לדאוג בעת שימוש בכימיקלים עבור התצהיר perovskite הקפד לעקוב אחר כל כללי הבטיחות במעבדה.

niobium-oxide-films-deposited-reactive-sputtering-effect-oxygen-flow

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

אנו מתארים את השיטה הניסיונית להפקיד סרטים דקים תחמוצת nanostructured ידי תצהיר ליזר פעם שבריר שני (PLD) בנוכחות גז רקע. באמצעות שיטה זו אל מסומם ZnO סרטים (אזו), מקומפקטית לצורה היררכית כמו יערות ננו עץ, יכול להיות מופקד.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

אנו מתארים את השימוש בטכניקות תיל מליטה כדי ליצור התקני תחמוצות מורכבים בקנה מידה מיקרומטר פעם תצהיר לייזר (PLD), photolithography ו. PLD מנוצל לגדול סרטים דקים epitaxial. טכניקות photolithography וחוט מליטה הם הציגו כדי ליצור התקנים מעשיים למטרות מדידה.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

נהלים שונים המפורטות להכין תבניות מוגדרות אטומי לצמיחת epitaxial של סרטים דקים תחמוצת מורכבת. טיפולים כימיים של SrTiO היחיד גבישים 3 (001) וDyScO 3 (110) מצעים בוצעו להשיג משטחים חלקים אטומי, אחד הסתיימו. Ca 2 Nb 3 O 10 - יריעות שמשו כדי ליצור תבניות מוגדרות אטומי על מצעים שרירותיים.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

דו"ח זה מתאר את השימוש במערכת שהותקן לבצע בתצהיר תרסיס של סרטים עבים של גארנט ברזל איטריום על גבי מצעי ספיר ב RT. הסרטים שהופקדו מאופיינים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים, profilometry, ותהודה פרומגנטיים לתת סקירת נציג של היכולות של הטכניקה.

היווצרות עבה צפופים איטריום ברזל גרנט הסרטים באמצעות תרסיס הפקדת

פרוטוקול לסינתזה של ני כמו ספוג, לקפל כמו1-xNb חלקיקיxO על ידי משקעים כימיים מוצג.

שיטת משקעים כימיים לסינתזה של Nb2O5 ששינה בצובר זרזים ניקל עם סגולי גבוה

סרטים רזה (100-1000 Å) של ונדיום דו-חמצני (VO2) נוצרו על ידי אטומי-שכבה התצהיר (אלד) על מצעים ספיר. בעקבות זאת, המאפיינים אופטי מאופיינים המעבר מתכת-מבודד של VO2. מן התכונות האופטיות, מדוד מודל נוצר כדי לתאר את tunable מקדם שבירה של VO2.

שכבות אטומיות בודדות בתצהיר של ונדיום דו חמצני ודגם אופטי תלוית טמפרטורה

הסינתזה של איכות גבוהות בתפזורת, סרט דק (מ"ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O ו (מ"ג0.25(1-x)Co0.25(1-x)ני0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O מיוצב אנטרופיה תחמוצות מוצג.

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגדול LSMO חלקיקים, (Gd) בוסקו סרטים על SrTiO (001)3 (STO) מצעים יחיד-קריסטל על ידי גלי רדיו (RF)-התזה.

תדר רדיו מגנטרון התזה של GdBa2Cu3O7−אלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO

חומרי תחמוצת מראים תכונות אקזוטיות רבות שניתן לשלוט בהן על ידי כוונון תכולת החמצן. כאן, אנו מדגימים את כוונון תכולת החמצן בתחמוצות על ידי שינוי הפרמטרים של שקיעת לייזר פועם ועל ידי ביצוע חישול לאחר החישול. לדוגמה, תכונות אלקטרוניות של מבנים הטרו-קונסטרוקטיביים מבוססי SrTiO3 מכווננים על ידי שינויי צמיחה וחישול.

כוונון תכונות תחמוצת על ידי בקרת חמצן פנוי במהלך צמיחה וחישול

פרוטוקול זה מציג הכנת U2O5 סרטים רזה שהושג בחיי עיר תחת ואקום גבוה במיוחד. התהליך כרוך חמצון וצמצום של אז פרט להתמחות2 סרטים עם חמצן אטומי, אטומי מימן, בהתאמה.

U2O5 הסרט הכנה באמצעות התצהיר2 אז פרט להתמחות על ידי זרם ישיר Sputtering וחמצון רצופים וצמצום עם אטומי חמצן ומימן אטומי

מאמר זה מתאר את הצמיחה של הסרטים האפיציריים של Mg3n2 ו zn3N2 על mgo מצעים על ידי בסיוע פלזמה מולקולרי קרן הקורה עם N2 גז כמו מקור החנקן וניטור הצמיחה האופטית.

מולקולרית בסיוע מולקולרי הקרן הצמיחה הגידול של Mg3n2 ו Zn3n2 סרטים דקים

חקור שיטת התזה ריאקטיבית להפקת סרטי ניאוביום אוקסיד עם בקרת קצב זרימת חמצן. פרוטוקול זה מאפשר יצירת שכבות תמסורת אלקטרונים אחידות לתאים סולאריים פרובסקיטיים.

ניאוביום אוקסיד סרטים שהופקדו על ידי התזה ראקטיבית: השפעת קצב זרימת החמצן

גלה סרטונים נוספים