反応性スパッタリングによって堆積した酸化ニオブ膜:酸素流量の影響
Summary
ここでは、ペロブスカイト太陽電池における電子輸送層として用いる酸素流量の異なる反応スパッタリングによる酸化ニオブ膜堆積のプロトコルを提示する。
Abstract
反応性スパッタリングは、均質性に優れたコンパクトフィルムを形成するために使用される汎用性の高い技術です。さらに、それは組成物の変化をもたらすガス流量およびこうしてフィルムの必要な特性の形成の変数を容易に制御することを可能にする。この報告では、反応性スパッタリングは、酸化ニオブ膜を堆積させるために使用される。ニオブターゲットは、金属源と異なる酸素流量として使用され、酸化ニオブ膜を堆積させます。酸素流量を3sccmから10sccmに変更した。低酸素流量下で堆積したフィルムは、電気伝導率が高く、電子輸送層として使用すると、より良いペロブスカイト太陽電池を提供します。
Introduction
スパッタリング技術は、高品質のフィルムを堆積させるために広く使用されています。その主な用途は半導体産業であるが、機械的特性の改善のために表面コーティングにも使用されているが、反射層1である。スパッタリングの主な利点は、異なる基板上に異なる材料を堆積する可能性です。堆積パラメータに対する良好な再現性と制御。スパッタリング技術により、化学蒸着(CVD)、分子ビームエピタキシー(MBE)、原子層堆積(ALD)などの他の堆積方法と比較して、大きな領域に対して良好な接着性と低コストで均質なフィルムの堆積が可能1,2.一般に、スパッタリングによって堆積した半導体膜は非晶質または多結晶であるが、スパッタリング3、4によるエピタキシャル成長に関するいくつかの報告がある。それにもかかわらず、スパッタリングプロセスは非常に複雑であり、パラメータの範囲は5広いので、高品質のフィルムを達成するためには、プロセスとパラメータの最適化の良い理解が各材料に必要です。
スパッタリングによる酸化ニオブフィルムの堆積に関するいくつかの記事、ならびに窒化ニオブ6および炭化ニオブ7.Nb-酸化物の中で、ニオブペントキシド(Nb2 O5)は、広範な多型を示す透明で、空気安定で水不溶性の材料である。これは、3.1から5.3 eVまでのバンドギャップ値を持つn型半導体であり、これらの酸化物に幅広い用途を与え、8、9、10、11、12、13 ,14,15,16,17,18,19.Nb2 O5は、二酸化チタン(TiO2)に比べて電子注入効率が高く、化学的安定性が向上しているため、ペロブスカイト太陽電池に使用される有望な材料として大きな注目を集めています。さらに、Nb2O5のバンドギャップは、セル14のオープン回路電圧(Voc)を改善することができる。
この研究では、Nb2O5は、異なる酸素流量下で反応性スパッタリングにより堆積した。低酸素流量では、システム上の不純物を導入するドーピングを利用せずにフィルムの導電率が増加しました。これらのフィルムは、ペロブスカイト太陽電池における電子輸送層として用いられ、これらの細胞の性能を向上させた。酸素の量を減らすことで酸素欠員が形成され、太陽電池につながるフィルムの導電率が向上することが分かった。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究で調製した酸化ニオブ膜は、ペロブスカイト太陽電池における電子輸送層として用いられた。電子輸送層に必要な最も重要な特性は、組み換え、穴の遮断、効率的な電子の伝達を防止することです。
この点で、反応性スパッタリング技術の使用は、緻密でコンパクトなフィルムを生成するので有利である。また、既に述べたように、ゾルゲル、陽極酸化、熱水、?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、ファンダサン・デ・アンパロ・ア・ペスキサ・ド・エスタド・デ・サンパウロ(FAPESP)、セントロ・デ・デセンボルヴィメント・デ・マテリアイス・セラミコス(CDMF- FAPESP Nº 2013/07296-2) 2017/11072-3, 2013/09963-6 および 2017/18916-2)PL測定のためのMáximo Siu Li教授に特別な感謝.
Materials
| 2-propanol | Merck | 67-63-0 | solvent with maximum of 0.005% H2O |
| 4-tert-butylpyridine | Sigma Aldrich | 3978-81-2 | chemical with 96% purity |
| acetonitrile | Sigma Aldrich | 75-05-8 | anhydrous solvent , 99.8% purity |
| bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt | Sigma Aldrich | 90076-65-6 | chemical with ≥99.95% purity |
| chlorobenzene | Sigma Aldrich | 108-90-7 | anhydrous solvent , 99.8% purity |
| ethanol | Sigma Aldrich | 200-578-6 | solvent |
| Fluorine doped tin oxide (SnO2:F) glass substrate | Solaronix | TCO22-7/LI | substrate to deposit films |
| Kaptom tape | Usinainfo | 04227 | thermal tape used to cover the substrates |
| Kurt J Lesker magnetron sputtering system | Kurt J Lesker | —— | Sputtering equipment used to deposit compact films |
| Lead (II) iodide | Alfa Aesar | 10101-63-0 | PbI2 salt- 99.998% purity |
| methylammonium iodide | Dyesol | 14965-49-2 | CH3NH3I salt |
| N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis (4-methoxyphenyl)-9,9′-spirobi [9H-fluorene]-2,2′,7,7′-tetramine | Sigma Aldrich | 207739-72-8 | Spiro-OMeTAD salt, 99% purity |
| Niobium target of 3” | CBMM- Brazilian Metallurgy and Mining Company | —— | niobium sputtering target used in the sputtering system |
| N-N dimethylformamide | Merck | 68-12-2 | solvent with maximum of 0.003% H2O |
| TiO2 paste | Dyesol | DSL 30NR-D | titanium dioxide paste |
| tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine)cobalt(III) tri[bis(trifluoromethane)sulfonimide] | Dyesol | 329768935 | FK 209 Co(III) TFSL salt |
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