Fabrikasyon Pulsed Lazer Biriktirme tarafından Transparent letken Oksitler Nano-mühendislik
Summary
Biz bir arka plan gaz varlığında nanosaniye Pulsed Lazer Biriktirme (PLD) tarafından nanoyapılı oksit ince filmlerin yatırmak için deneysel yöntem açıklanmaktadır. Al katkılı ZnO (AZO) filmleri bu yöntemi kullanarak, kompakt hiyerarşik nano ağacı ormanları olarak yapılandırılmıştır için tevdi edilebilir.
Abstract
Bir arka plan gaz varlığında Nanosaniye Pulsed Lazer Biriktirme (PLD) sağlar plazma bulutunun genişleme dinamiklerinin uygun kontrolü ile ayarlanabilir morfolojisi, yapısı, yoğunluğu ve stokiyometri ile metal oksitlerin birikimi. Böyle yönlülük nano boyutlu kümeler hiyerarşik bir derleme ile karakterize kompakt ve yoğun Nanogeçirgen gelen nanoyapılı filmler üretmek için kullanılabilir. Özellikle biz fotovoltaik aygıtlar saydam elektrot olarak Al katkılı ZnO (AZO) filmleri iki tür üretmek için detaylı bir metodoloji tarif: Düşük O 2 basınçta) 1, sanat durumuna elektriksel iletkenlik ve optik şeffaflık yakın kompakt filmler eşya vardır nano ağaçların ormanına benzeyen 2) yüksek ışık saçılma hiyerarşik yapılar; saydam iletken oksit (TCO) gibi organik fotovoltaik (OPVs) kullanılan polimerler olarak termal duyarlı malzemeler ile uyumlu olacak şekilde, oda sıcaklığında tevdi edilebiliryüksek basınçlarda uced. Bu tür yapılar, yüksek Haze faktörü göster (>% 80) ve ışık yakalayıcı yeteneği geliştirmek için yararlanılabilir. AZO filmler için burada açıklanan yöntem, bu tür TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 ve 4 Ag O 4 gibi teknoloji uygulamaları için uygun diğer metal oksitler ile uygulanabilir.
Introduction
Pulsed Laser Deposition (PLD) bir film (bkz. Şekil 1) 1 büyümek için bir alt-tabaka üzerinde biriken edilebilir kesilen tür bir plazma oluşumu ile sonuçlanan bir katı hedef lazer ile kesip alma kullanmaktadır. Bir arka plan atmosfer (inert ya da reaktif) ile etkileşim gaz fazı (bkz. Şekil 2) 2,3 küme içinde homojen çekirdekleşme indüklemek için kullanılır. PLD tarafından malzeme sentezi için stratejimiz dikkatle PLD sürecinde oluşturulan plazma dinamikleri kontrol ederek aşağıdan yukarıya yaklaşım malzeme özelliklerini ayarlama dayanmaktadır. Küme boyutu, kinetik enerji ve kompozisyon 4,5 morfolojik ve yapısal değişiklikler film büyüme ve sonucu etkiler birikimi parametrelerinin uygun bir ayar tarafından değiştirilebilir. Istismar ederek yöntemi biz (örn. WO 3, Ag 4 O 4, Al 2 O 3 oksitlerin bir dizi için, gösterdi burada açıklanannd TiO 2), nano 6-11 az malzeme yapısını değiştirerek morfolojisi ayarlamak için yeteneği, yoğunluk, porozite, yapısal düzeni, stokiyometri ve faz derecesi. Bu, belirli uygulamalar için 12-16 malzeme oluşturulmasını sağlar. Fotovoltaik uygulamalar için referans ile, hiyerarşik boya duyarlı güneş hücreleri photoanodes olarak istihdam ettiği 13 ilginç sonuçlar gösteren bir 'ağaç ormanı' benzer bir nano-ve mesostructure (DSSC toplanmasını nanopartiküller (<10 nm) tarafından düzenlenen nanoyapılı TiO 2 sentezlenmiş ) 17. Bu daha önceki sonuçlara dayanarak biz bir saydam iletken oksit gibi Al-katkılı ZnO (AZO) filmlerin depolanması için protokol açıklar.
Şeffaf iletken oksitler (TCOS) özdirenç <10 -3 ohm-cm ve% 80'den fazla optik transmitral gösteren yüksek bandaralıklı (> 3 eV) ağır doping tarafından iletkenler dönüştürülmüş malzemeler vardırgörünür aralığında ttance. Bunlar dokunmatik ekranlar ve güneş hücreleri 18-21 gibi birçok uygulama için önemli bir unsur olan ve genellikle böyle sıçratma, darbeli lazer çöktürme, kimyasal buhar biriktirme, sprey piroliz ve çözüm odaklı kimyasal yöntemlerle gibi farklı teknikler ile yetiştirilmektedir. TCOS arasında, indiyum-kalay oksit (ITO) yaygın olan düşük direnç için çalışılmıştır, ancak yüksek maliyet ve indiyum düşük kullanılabilirlik dezavantajı muzdarip. Araştırma şimdi böyle F-katkılı SnO 2 (FTO), Al-katkılı ZnO (AZO) ve F-katkılı ZnO (FZO) olarak indiyum-free sistemler yolunda ilerliyor.
Olay ışığın akıllı yönetimi (ışık yakalayıcı) sağlayabilen Elektrotlar fotovoltaik uygulamalar için özellikle ilginçtir. Işığın dalga boyu (örn. 300-1,000 nm), iyi bir kontrol ile karşılaştırılabilir bir ölçekte modüle yapıları ve morfolojileri ile saçtı imkanı yararlanabilmesi içinfilmin morfolojisi ve küme montaj mimarileri üzerinde gereklidir.
Özellikle biz morfolojisi ve AZO filmler yapısı ayarlamak nasıl açıklar. Kompakt AZO düşük basınçlı (2 Pa oksijen) 'de ve oda sıcaklığında depolanmıştır, düşük özdirenç (4,5 x 10 -4 ohm cm) ve AZO yüksek sıcaklıklarda tevdi ile rekabet görünür ışık şeffaflık (>% 90) ile karakterize iken AZO hiyerarşik yapı Bu yapılar 80 ve% 22,23 daha fazla pus faktör ile güçlü bir ışık saçılması yeteneği yukarı göstermek 100 Pa yukarıda O 2 basınçta ablasyonu ile elde edilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Plazma tüy şekli, özellikle bir gaz varlığında, yakından ablasyon süreci ile ilgili olup, görsel muayene ile plazma tüy izlenmesi tortu kontrol etmek önemlidir. Bir oksit hedef ablasyonu bir metal oksit yatırma zaman, oksijen ablasyon esnasında oksijen kayıpları desteklemek için gereklidir. Düşük oksijen arka gaz basıncı ise, biriken malzemenin oksijen boş olabilir. Bu etki, gaz basıncının artırılması ile azaltılır. Morfolojisi gaz karışımları (: O 2 veya O: yani Ar …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number |
| Pulsed Laser | Continuum-Quantronix | Powerlite 8010 |
| Power meter | Coherent | FieldMaxII-TO |
| Ion Gun | Mantis Dep | RFMax60 |
| Mass flow controller | Mks | 2179 ° |
| Quartz Crystal Microbalance | Infcon | XTC/2 |
| Background gas | Rivoira-Praxair | 5.0 oxygen |
| Target | Kurt Lesker | (made on request) |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 190764-2L |
| Source meter | Keithley | K2400 |
| Magnet Kit | Ecopia | 0.55T-Kit |
| Spectrophotometer | PerkinElmer | Lambda 1050 |
Riferimenti
- Chrisey, D. B., Hubler, G. K. . Pulsed Laser Deposition of Thin Films. , (1994).
- Lowndes, D. H., Geohegan, D. B., Puretzky, A. A., Norton, D. P., Rouleau, C. M. Synthesis of novel thin-film materials by pulsed laser deposition. Science. 273, 898 (1996).
- Di Fonzo, F., Bailini, A., Russo, V., Baserga, A., Cattaneo, D., Beghi, M. G., Ossi, P. M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Synthesis and characterization of nanostructured tungsten and tungsten oxide films. Catalysis Today. 116, 69-73 (2006).
- Casari, C. S., Foglio, S., Passoni, M., Siviero, F., Bottani, C. E., Li Bassi, A. Energetic regimes and growth mechanisms of pulsed laser deposited Pd clusters on Au(111) investigated by in situ Scanning Tunneling Microscopy. Physical Review B. 84 (111), 155441 (2011).
- Cattaneo, D., Foglio, S., Casari, C. S., Li Bassi, A., Passoni, M., Bottani, C. E. Different W cluster deposition regimes in pulsed laser ablation observed by in situ Scanning Tunneling Microscopy. Surface Science. 601, 1892-1897 (2007).
- Bailini, A., Di Fonzo, F., Fusi, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Russo, V., Baserga, A., Bottani, C. E. Pulsed laser deposition of tungsten and tungsten oxide thin films with tailored structure at the nano- and mesoscale. Applied Surface Science. 253, 8130-8135 (2007).
- Fusi, M., Russo, V., Casari, C. S., Li Bassi, A., A, C. E., Bottani, Titanium oxide nanostructured films by reactive pulsed laser deposition. Applied Surface Science. 255 (10), 5334-5337 (2009).
- Dellasega, D., Facibeni, A., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured High Valence Silver Oxide Produced by Pulsed laser Deposition. Applied Surface Science. 255 (10), 5248-5251 (2009).
- Di Fonzo, F., Tonini, D., Li Bassi, A., Casari, C. S., Beghi, M. G., Bottani, C. E., Gastaldi, D., Vena, P., Contro, R. Growth regimes in pulsed laser deposition of alumina films. Applied Physics A. 93, 765-769 (2008).
- Bailini, A., Donati, F., Zamboni, M., Russo, V., Passoni, M., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Pulsed Laser Deposition of Bi2Te3 Thermoelectric Films. Applied Surface Science. 254, 1249-1254 (2007).
- Baserga, A., Russo, V., Fonzo, F. D. i., Bailini, A., Cattaneo, D., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured Tungsten Oxide With Controlled Properties: Synthesis And Raman Characterization. Thin Solid Films. 515, 6465-6469 (2007).
- Dellasega, D., Facibeni, A., Di Fonzo, F., Bogana, M., Polissi, A., Conti, C., Ducati, C., Casari, C. S., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Nanostructured Ag4O4 films with enhanced antibacterial activity. Nanotechnology. 19, 475602 (2008).
- Fonzo, F. D. i., Casari, C. S., Russo, V., Brunella, M. F., Li Bassi, A., Bottani, C. E. Hierarchically organized nanostructured TiO2 for photocatalysis applications. Nanotechnology. 20, 015604 (2009).
- Torta, F., Fusi, M., Casari, C. S., Bottani, C. E., Bachi, A. Titanium Dioxide Coated MALDI plate for on target Analysis of Phosphopeptides. Journal of Proteome Research. 8, 1932-1942 (2009).
- Ponzoni, A., Russo, V., Bailini, A., Casari, C. S., Ferroni, M., Li Bassi, A., Migliori, A., Morandi, V., Ortolani, L., Sberveglieri, G., Bottani, C. E. . Structural And Gas-Sensing Characterization Of Tungsten Oxide Nanorods And Nanoparticles. Sensors & Actuators: B. Chemical B. 153, 340-346 (2011).
- Li Bassi, A., Bailini, A., Donati, F., Russo, V., Passoni, M., Mantegazza, A., Casari, C. S., Bottani, C. E. Thermoelectric properties of Bi-Te Films with controlled structure and morphology. Journal of Applied Physics. 105, 124307 (2009).
- Sauvage, F., Di Fonzo, F., Li Bassi, A., Casari, C. S., Russo, V., Divitini, G., Ducati, C., Bottani, C. E., Comte, P., Graetzel, M. Bio-inspired hierarchical TiO2 photo-anode for dye-sensitized solar cells. Nano Letters. 10, 2562-2567 (2010).
- Grankvist, C. G. Transparent conductors as solar energy materials: A panoramic review. Solar Energy Materials & Solar Cells. 91, 1529 (2007).
- Minami, T. Transparent conducting oxide semiconductors for transparent electrodes. Semicond. Sci. Technol. 20, S35 (2005).
- Fortunato, E., et al. Transparent Conducting Oxides for Photovoltaics. MRS Bulletin. 32, 242 (2007).
- Exarhos, G. J., et al. Discovery-based design of transparent conducting oxide films. Thin Solid Films. 515, 7025 (2007).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Mart-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. Structural and functional properties of Al:ZnO thin films grown by Pulsed Laser Deposition at room temperature. Thin Solid Films. 520, 4707-4711 (2012).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Carminati, M., Russo, V., Li Bassi, A., Casari, C. S. Structure-dependent optical and electrical transport properties of nanostructured Al-doped ZnO. Nanotechnology. 23, 365706 (2012).
- Casari, C. S., Li Bassi, A., Arkin, W. T. Pulsed Laser Deposition of Nanostructured Oxides: from Clusters to Functional Films. Advances in Laser and Optics Research. 7, 65-100 (2012).
- Amoruso, S., Sambri, A., Vitiello, M., Wang, X. Plume expansion dynamics during laser ablation of manganates in oxygen atmosphere. Applied Surface Science. 252, 4712-4716 (2006).
- Uccello, A., Dellasega, D., Perissinotto, S., Lecis, N., Passoni, M. Nanostructured Rhodium Films for Advanced Mirrors Produced by Pulsed Laser Deposition. Journal of Nuclear Materials. , (2013).
- Gondoni, P., Ghidelli, M., Fonzo, F. D. i., Russo, V., Bruno, P., Martí-Rujas, J., Bottani, C. E., Li Bassi, A., Casari, C. S. Highly Performing Al:ZnO Thin Films grown by Pulsed Laser Deposition at Room Temperature. Nanoscience and Nanotechnology. , (2013).
