Óxido de nióbio filmes depositados por sputtering reativa: efeito da taxa de fluxo de oxigênio

Na técnica de sputter reativo é possível ter um controle fino dos parâmetros que permite depositar vapor de óxido de nióbio com diferentes estoquimetros e preferência. A principal vantagem dessa técnica é a deposição de vapores homogêneos com boa adesão sobre grandes áreas e a baixo custo e baixos obstáculos de produção. É importante prestar atenção a cada passo e não pular nenhum.

Perceber como manusear equipamentos e a aparência final da fumaça ajuda a conseguir um bom depoimento. Comece protegendo a superfície do substrato com uma fita térmica, deixando 0,5 cm de um lado exposto. Deposite pó de zinco suficiente para cobrir a área a ser gravada no topo do óxido fino de flúor exposto.

Em seguida, lentamente deixe cair ácido clorídrico concentrado até que todo o pó de zinco seja consumido pela reação. Lave imediatamente o substrato com a água ionizada. Remova a fita.

E sonicar o substrato com sabão por 15 minutos, seguido por duas vezes em água, acetona e álcool isopropanol. Depois de fixar o substrato através de uma máscara de sombra metálica, coloque o substrato na câmara de sputtering. Depois de selar a câmara, inicie a bomba mecânica e ligue a bomba molecular turbo.

Quando o vácuo atingir cinco vezes 10 a 5 torr negativos, abra o sistema de refrigerador de água e ligue o sistema de aquecimento do substrato. Coloque a temperatura em 500 graus Celsius, aumentando 100 graus Celsius a cada cinco minutos até atingir o valor desejado. Coloque o argônio para 40 SCCM, e o oxigênio para três centímetros cúbicos padrão por minuto.

Introduza argônio na câmara. E definir a pressão para cinco vezes 10 para o negativo três torr, ea frequência de rádio para 120 watts. Ligue a frequência de rádio.

Usando a caixa de correspondência de impedância para ajustar a frequência conforme necessário. Se o plasma não começar, aumente a pressão lentamente até atingir duas vezes 10 para o torr negativo de dois. Usando uma válvula de portão que pode ser aberta ou fechada para alterar a taxa de bombeamento para definir a pressão.

Mantenha o plasma a 120 watts por 10 minutos para limpar o alvo do Nióbio e remover qualquer camada de óxido presente em sua superfície. Após a estabilização, introduza o Oxigênio na câmara, defina a potência RF para 240 watts e abra o obturador do substrato. Inicie o depoimento e defina o tempo de deposição, para alcançar uma espessura final de 100 nanômetros.

Assim que o depoimento estiver completo, feche o obturador, desligue a frequência de rádio, feche os gases e diminua a temperatura do substrato. À medida que a temperatura do substrato atinge a temperatura ambiente, introduza o ar para restabelecer a pressão ambiente antes de abrir a câmara e remover o substrato. Para a construção de células solares, proteja ambos os lados do substrato com um pedaço de fita e use um revestr de spin a 4.000 rotações por minuto durante 30 segundos para depositar uma camada de dióxido de titânio mesoporos na camada de óxido de nióbio.

Em seguida, coloque o substrato no forno de acordo com a sequência de aquecimento indicada. Quando o forno atingir a temperatura ambiente, use o revestimento de spin para depositar duas camadas do iodeto de chumbo na camada de dióxido de titânio a 6.000 rotações por minuto durante 90 segundos. Colocando o substrato em uma placa quente ou 70 graus Celsius por 10 minutos após cada deposição.

Após o tratamento térmico, solte 300 mililitros de solução de iodeto de metilaminanium nas camadas de iodeto de chumbo e espere 20 segundos antes de girar a 4.000 rotações por minuto durante 30 segundos. No final do giro, coloque o substrato em uma placa quente por 10 minutos a 100 graus Celsius, antes de depositar a solução Spiro OMetTAD em cima da camada perovskite no revestimento de spin a 4.000 rotações por minuto durante 30 segundos. Em seguida, armazene os filmes em desiccator no ar durante a noite para oxidar Spiro OMetTAD.

Na manhã seguinte, arranhe o filme perovskite para expor o FTO. Use uma máscara de sombra para depositar contato de ouro em uma máquina evaporadora a uma taxa de 0,2 angstroms por segundo até que a espessura atinja cinco nanômetros, antes de aumentar a taxa para um angstrom por segundo para obter 17 nanômetros de contato com ouro. Então a célula está pronta para ser testada.

No sistema de sputtering, a taxa de deposição é fortemente influenciada pela taxa de fluxo de oxigênio, diminuindo quando o fluxo de oxigênio aumenta. Por exemplo, de três para quatro SCCM, há uma diminuição expressiva na taxa de deposição. Quando o oxigênio é aumentado, de quatro para 10 SCCM, no entanto, a taxa de deposição torna-se menos pronunciada.

A fase de óxido de nióbio formada depende da taxa de fluxo de oxigênio, e para fluxos inferiores a três dióxido de nióbio SCCM é a fase principal formada. Para fluxos iguais ou superiores a 3,5 SCCM, o volume de oxigênio é muito alto para gerar dióxido de nióbio. Em vez disso, o pentoxida de nióbio é observado como a fase principal.

Imagens de eletronômica mostram as partículas esféricas nanométricas dos filmes depositadas em três pontos cinco, quatro e 10 SCCM. Em contraste, o filme depositado em três SCCM revela partículas em forma de folha. Os filmes depositados por sputtering reativo em diferentes taxas de fluxo de oxigênio demonstram diferentes propriedades elétricas.

A condutividade dos filmes aumenta quando três SCCM de oxigênio são usados. Quando a taxa de fluxo de oxigênio é aumentada para três pontos cinco, quatro ou 10 SCCM, observa-se uma diminuição da condutividade. O desempenho das células solares perovskite também depende do óxido de nióbio usado.

Como uma célula feita com camadas de transporte de elétrons depositadas em três pontos cinco SCCM tem o melhor desempenho com a maior corrente de curto-circuito. Lembre-se de verificar se todos os parâmetros estão corretamente definidos antes de iniciar a deposição de filmes de óxido de nióbio. Os filmes de óxidos de nióbio também podem ser a causa que a adiar soluções químicas.

No entanto, o metal não permite a deposição de diferentes estequiometrias. É o desenvolvimento de partes que analisam como a condutividade dos vapores de óxido de nióbio influencia o desempenho das células solares perovskite. Tome cuidado ao usar os produtos químicos para o depoimento perovskite e certifique-se de seguir todas as regras de segurança do laboratório.