Pellicole dell'ossido di Niobium depositate da Sputtering reattivo: Effetto del flusso di ossigeno

Nella tecnica dello sputter reattivo è possibile avere un controllo fine dei parametri che consente di depositare fumi di ossido di niobio con diversi stochiometri e preferenze. Il principale vantaggio di questa tecnica è la deposizione di fumi omogenei con buona adesione su vaste aree e a basso costo e bassi ostacoli alla produzione. È importante prestare attenzione a ogni passaggio e non saltarne nessuno.

Realizzare come maneggiare l'attrezzatura e l'aspetto finale dei fumi aiuta a raggiungere una buona deposizione. Iniziare proteggendo la superficie del substrato con un nastro termico, lasciando esposti 0,5 cm di un lato. Depositare abbastanza polvere di zinco per coprire l'area da incidere sulla parte superiore dell'ossido sottile di fluoro esposto.

Quindi far cadere lentamente l'acido cloridrico concentrato fino a quando tutta la polvere di zinco viene consumata dalla reazione. Lavare immediatamente il substrato con l'acqua ionizzata. Rimuovere il nastro.

E sonicare il substrato con sapone per 15 minuti, seguito da due volte in acqua, acetone e alcol isopropanolo. Dopo aver riparato il substrato attraverso una maschera d'ombra metallica, posizionare il substrato nella camera di sputtering. Dopo aver sigillato la camera, avviare la pompa meccanica e accendere la pompa molecolare turbo.

Quando il vuoto raggiunge cinque volte 10 a -5 torr, aprire il sistema di raffreddamento dell'acqua e accendere l'impianto di riscaldamento del substrato. Impostare la temperatura su 500 gradi Celsius, aumentando di 100 gradi Celsius ogni cinque minuti fino a raggiungere il valore desiderato. Impostare l'argon su 40 SCCM e l'ossigeno su tre centimetri cubi standard al minuto.

Introdurre l'argon nella camera. E impostare la pressione su 5 per 10 al -3 torr, e la radiofrequenza a 120 watt. Accendi la radiofrequenza.

Utilizzando la casella di corrispondenza impedenza per ottimizzare la frequenza in base alle esigenze. Se il plasma non inizia, aumentare lentamente la pressione fino a raggiungere due volte 10 al torr negativo due. Utilizzando una valvola a saracine che può essere aperta o chiusa per modificare la velocità di pompaggio per impostare la pressione.

Mantenere il plasma a 120 watt per 10 minuti per pulire il bersaglio niobio e rimuovere qualsiasi strato di ossido presente nella sua superficie. Dopo la stabilizzazione, introdurre ossigeno nella camera, impostare la potenza RF su 240 watt e aprire l'otturatore del substrato. Inizia la deposizione e imposta il tempo di deposizione, per ottenere uno spessore finale di 100 nanometri.

Non appena la deposizione è completa, chiudere l'otturatore, spegnere la radiofrequenza, chiudere i gas e diminuire la temperatura del substrato. Man mano che la temperatura del substrato raggiunge la temperatura ambiente, introdurre l'aria per ristabilire la pressione ambientale prima di aprire la camera e rimuovere il substrato. Per la costruzione di celle solari, proteggere entrambi i lati del substrato con un pezzo di nastro adesivo e utilizzare uno spin coater a 4.000 rotazioni al minuto per 30 secondi per depositare uno strato di biossido di titanio mesoporous sullo strato di ossido di niobio.

Quindi posizionare il substrato nel forno in base alla sequenza di riscaldamento indicata. Quando il forno raggiunge la temperatura ambiente, utilizzare lo spin coater per depositare due strati dello ioduro di piombo nello strato di biossido di titanio a 6.000 rotazioni al minuto per 90 secondi. Posizionare il substrato su una piastra calda o 70 gradi Celsius per 10 minuti dopo ogni deposizione.

Dopo il trattamento termico, far cadere 300 millilitri di soluzione di ioduro di metillammonio sugli strati di ioduro di piombo e attendere 20 secondi prima di girare a 4.000 rotazioni al minuto per 30 secondi. Alla fine dello spin, posizionare il substrato su una piastra calda per 10 minuti a 100 gradi Celsius, prima di depositare la soluzione Spiro OMetTAD sopra lo strato di perovskite nel mandrino a 4.000 rotazioni al minuto per 30 secondi. Quindi conserva i film in essiccatore in aria durante la notte per ossidare Spiro OMetTAD.

La mattina dopo, graffia il film di perovskite per esporre l'FTO. Utilizzare una maschera d'ombra per depositare il contatto dell'oro in una macchina evaporatore ad una velocità di 0,2 angstrom al secondo fino a quando lo spessore raggiunge i cinque nanometri, prima di aumentare la velocità a un angstrom al secondo per ottenere 17 nanometri di contatto con l'oro. Quindi la cella è pronta per essere testata.

Nel sistema di sputtering, la velocità di deposizione è fortemente influenzata dalla portata dell'ossigeno, diminuendo quando il flusso di ossigeno aumenta. Ad esempio, da tre a quattro SCCM, c'è una diminuzione espressiva della velocità di deposizione. Quando l'ossigeno aumenta, da quattro a 10 SCCM tuttavia il tasso di deposizione diventa meno pronunciato.

La fase di ossido di niobio formata dipende dalla portata dell'ossigeno, e per i flussi meno di tre anidride niobio SCCM è la fase principale formata. Per flussi uguali o superiori a 3,5 SCCM, il volume di ossigeno è troppo alto per generare anidride niobio. Invece il pentossido di niobio è osservato come fase principale.

Le immagini della microscopia elettronica mostrano le particelle sferiche nanometriche delle pellicole depositate a tre punti cinque, quattro e 10 SCCM. Al contrario, il film depositato in tre SCCM rivela particelle a forma di foglio. Le pellicole depositate mediante sputtering reattivo in diverse portate di ossigeno dimostrano diverse proprietà elettriche.

La conducibilità delle pellicole aumenta quando si utilizza tre SCCM di ossigeno. Quando la portata dell'ossigeno è aumentata a tre punti cinque, quattro o 10 SCCM, si osserva una diminuzione della conduttività. Le prestazioni delle celle solari di perovskite dipendono anche dall'ossido di niobio utilizzato.

Come cella realizzata con strati di trasporto elettronico depositati a tre punti cinque SCCM ha le migliori prestazioni con la più alta corrente di cortocircuito. Ricordarsi di verificare che tutti i parametri siano impostati correttamente prima di iniziare la deposizione delle pellicole di ossido di niobio. Le pellicole di ossidi di Niobio possono anche essere la causa che rimanda le soluzioni chimiche.

Tuttavia, il metallo non consente la deposizione di diversa stechiometria. È lo sviluppo di parti che analizzano come la conducibilità dei fumi di ossido di Niobio influenzi le prestazioni delle celle solari di perovskite. Prestare attenzione quando si utilizzano le sostanze chimiche per la deposizione di perovskite e assicurarsi di seguire tutte le regole di sicurezza del laboratorio.