Warstwy tlenku niobu osadzone w procesie rozpylania reaktywnego: wpływ natężenia przepływu tlenu

W technice napylania reaktywnego możliwa jest precyzyjna kontrola parametrów, co pozwala na osadzanie oparów tlenku niobu przy różnych stochiometrach i preferencjach. Główną zaletą tej techniki jest osadzanie jednorodnych oparów o dobrej przyczepności na dużych powierzchniach przy niskich kosztach i niewielkich utrudnieniach w produkcji. Ważne jest, aby zwracać uwagę na każdy krok i nie pomijać żadnego.

Uświadomienie sobie, jak obchodzić się ze sprzętem i ostateczny wygląd oparów, pomaga osiągnąć dobre osadzanie. Zacznij od zabezpieczenia powierzchni podłoża taśmą termiczną, pozostawiając odsłonięte 0,5 cm z jednej strony. Umieść wystarczającą ilość proszku cynkowego, aby pokryć obszar, który ma być wytrawiony, na wierzchu odsłoniętego cienkiego tlenku fluoru.

Następnie powoli upuść stężony kwas solny, aż cały proszek cynkowy zostanie zużyty przez reakcję. Podłoże należy natychmiast zmyć wodą jonizowaną. Usuń taśmę.

I sonikować podłoże mydłem przez 15 minut, a następnie dwa razy w wodzie, acetonie i alkoholu izopropanolowym. Po utrwaleniu podłoża za pomocą metalowej maski cieniującej, umieść podłoże w komorze napylania. Po uszczelnieniu komory uruchom pompę mechaniczną i włącz pompę turbomolekularną.

Gdy próżnia osiągnie pięć razy 10 do ujemnych pięciu torów, otwórz układ chłodnicy wody i włącz system ogrzewania podłoża. Ustaw temperaturę na 500 stopni Celsjusza, zwiększając ją o 100 stopni Celsjusza co pięć minut, aż osiągnie żądaną wartość. Ustaw argon na 40 SCCM, a tlen na trzy standardowe centymetry sześcienne na minutę.

Wprowadź argon do komory. I ustaw ciśnienie na pięć razy 10 na minus trzy tory, a częstotliwość radiową na 120 watów. Włącz częstotliwość radiową.

Korzystanie z pola dopasowania impedancji, aby w razie potrzeby dostroić częstotliwość. Jeśli plazma się nie uruchamia, zwiększaj ciśnienie powoli, aż osiągnie dwa razy 10 do ujemnych dwóch torów. Za pomocą zasuwy, którą można otworzyć lub zamknąć, aby zmienić szybkość pompowania w celu ustawienia ciśnienia.

Utrzymuj plazmę na poziomie 120 watów przez 10 minut, aby oczyścić tarczę niobu i usunąć wszelkie warstwy tlenku obecne na jej powierzchni. Po ustabilizowaniu wprowadź tlen do komory, ustaw moc RF na 240 watów i otwórz przesłonę podłoża. Rozpocznij osadzanie i ustaw czas osadzania, aby osiągnąć ostateczną grubość 100 nanometrów.

Jak tylko osadzanie zostanie zakończone, zamknij migawkę, wyłącz częstotliwość radiową, zamknij gazy i zmniejsz temperaturę podłoża. Gdy temperatura podłoża osiągnie temperaturę pokojową, wprowadź powietrze, aby przywrócić ciśnienie otoczenia przed otwarciem komory i usunięciem podłoża. W przypadku budowy ogniw słonecznych należy zabezpieczyć obie strony podłoża kawałkiem taśmy i użyć powlekarki wirowej z prędkością 4 000 obrotów na minutę przez 30 sekund, aby osadzać mezoporowatą warstwę dwutlenku tytanu na warstwie tlenku niobu.

Następnie umieść podłoże w piekarniku zgodnie ze wskazaną sekwencją podgrzewania. Gdy piekarnik osiągnie temperaturę pokojową, użyj powlekarki wirowej, aby umieścić dwie warstwy jodku ołowiu w warstwie dwutlenku tytanu z prędkością 6 000 obrotów na minutę przez 90 sekund. Umieszczanie podłoża na płycie grzejnej lub w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 10 minut po każdym osadzaniu.

Po obróbce cieplnej upuść 300 mililitrów roztworu jodku metyloamonu na warstwy jodku ołowiu i odczekaj 20 sekund przed wirowaniem z prędkością 4 000 obrotów na minutę przez 30 sekund. Pod koniec wirowania umieść podłoże na gorącej płycie na 10 minut w temperaturze 100 stopni Celsjusza, a następnie umieść roztwór Spiro OMetTAD na wierzchu warstwy perowskitu w powlekarce wirowej z prędkością 4 000 obrotów na minutę przez 30 sekund. Następnie przechowuj folie w eksykatorze na powietrzu przez noc w celu utlenienia Spiro OMetTAD.

Następnego ranka pokrój folię perowskitową, aby odsłonić FTO. Użyj maski cienia, aby zdeponować złoty kontakt w parowniku z szybkością 0,2 angstrema na sekundę, aż grubość osiągnie pięć nanometrów, a następnie zwiększ szybkość do jednego angstrema na sekundę, aby uzyskać 17 nanometrów kontaktu ze złotem. Następnie ogniwo jest gotowe do testu.

W systemie rozpylania na szybkość osadzania duży wpływ ma szybkość przepływu tlenu, zmniejszając się wraz ze wzrostem przepływu tlenu. Na przykład od trzech do czterech SCCM następuje wyraźny spadek szybkości osadzania. Jednak wraz ze wzrostem ilości tlenu, od czterech do 10 SCCM, szybkość osadzania staje się mniej wyraźna.

Utworzona faza tlenku niobu zależy od natężenia przepływu tlenu, a dla przepływów mniejszych niż trzy SCCM dwutlenek niobu jest główną powstającą fazą. W przypadku przepływów równych lub większych niż 3,5 SCCM objętość tlenu jest zbyt duża, aby wytworzyć dwutlenek niobu. Zamiast tego jako fazę główną obserwuje się pięciotlenek niobu.

Obrazy z mikroskopii elektronowej pokazują nanometryczne kuliste cząstki warstw osadzonych w trzech punktach pięciu, czterech i 10 SCCM. W przeciwieństwie do tego, folia osadzona na trzech SCCM ujawnia cząstki w kształcie arkusza. Folie osadzone w procesie rozpylania reaktywnego przy różnych natężeniach przepływu tlenu wykazują różne właściwości elektryczne.

Przewodność folii wzrasta, gdy używane są trzy SCCM tlenu. Gdy natężenie przepływu tlenu wzrośnie do trzech punktów pięciu, czterech lub 10 SCCM, obserwuje się spadek przewodności. Wydajność perowskitowych ogniw słonecznych zależy również od zastosowanego tlenku niobu.

Jako ogniwo wykonane z warstw transportowych elektronów osadzonych w trzech punktach pięciu, SCCM ma najlepszą wydajność przy najwyższym prądzie zwarciowym. Pamiętaj, aby przed przystąpieniem do osadzania warstw tlenku niobu sprawdzić, czy wszystkie parametry są prawidłowo ustawione. Warstwy tlenków niobu mogą być również przyczyną odkładania roztworów chemicznych.

Metal ten nie pozwala jednak na osadzanie się różnej stechiometrii. Jest to opracowanie części, które analizuje, w jaki sposób przewodność oparów tlenku niobu wpływa na wydajność perowskitowych ogniw słonecznych. Zachowaj ostrożność podczas używania chemikaliów do osadzania perowskitu i upewnij się, że przestrzegasz wszystkich zasad bezpieczeństwa w laboratorium.