निर्माण की स्पंदित लेजर बयान से पारदर्शी आयोजन ऑक्साइड नैनो इंजीनियर
Summary
हम nanosecond स्पंदित लेजर बयान (PLD) द्वारा एक पृष्ठभूमि गैस की उपस्थिति में nanostructured ऑक्साइड पतली फिल्मों जमा प्रयोगात्मक विधि का वर्णन है. अल doped ZnO फिल्मों (AZO) इस विधि का उपयोग करके, कॉम्पैक्ट से पदानुक्रम नैनो पेड़ के जंगलों के रूप में संरचित करने के लिए जमा किया जा सकता है.
Abstract
Nanosecond एक पृष्ठभूमि गैस की उपस्थिति में स्पंदित लेजर बयान (PLD) tunable आकारिकी, संरचना, घनत्व और प्लाज्मा पंख विस्तार गतिशीलता का एक उचित नियंत्रण से stoichiometry के साथ धातु आक्साइड के बयान की अनुमति देता है. ऐसे बहुमुखी प्रतिभा के लिए कॉम्पैक्ट और घने नैनो आकार के समूहों की एक पदानुक्रमित विधानसभा द्वारा विशेषता nanoporous से nanostructured फिल्मों का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हम विशेष रूप से विस्तृत पद्धति फोटोवोल्टिक उपकरणों में पारदर्शी इलेक्ट्रोड के रूप में अल doped ZnO फिल्मों (AZO) के दो प्रकार के निर्माण का वर्णन: कम हे 2 दबाव में 1), विद्युत चालकता और कला के राज्य के लिए ऑप्टिकल पारदर्शिता बंद के साथ कॉम्पैक्ट फिल्मों पारदर्शी संचालन आक्साइड (TCO) कमरे के तापमान पर जमा किया जा सकता है, thermally संवेदनशील जैविक photovoltaics (OPVs) में इस्तेमाल किया पॉलिमर जैसे सामग्री के साथ संगत, 2) अत्यधिक प्रकाश बिखरने पदानुक्रमित संरचनाओं नैनो के पेड़ के एक जंगल जैसी ठेसउच्च दबाव पर uced. ऐसी संरचनाओं उच्च दिखाना धुंध कारक (> 80%) और प्रकाश को फँसाने की क्षमता को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. यहाँ AZO फिल्मों के लिए वर्णित विधि अन्य धातु आक्साइड TiO 2, अल 2 3 हे, 3 WO और एजी 4 4 हे के रूप में इस तरह के तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक के लिए लागू किया जा सकता है.
Introduction
स्पंदित लेजर बयान (PLD) एक ठोस लक्ष्य ablated प्रजाति है जो एक फिल्म (चित्रा 1 देखें) 1 बढ़ने के लिए एक सब्सट्रेट पर जमा किया जा सकता है की एक प्लाज्मा के गठन में जो परिणाम के लेजर पृथक कार्यरत हैं. एक पृष्ठभूमि वातावरण (निष्क्रिय या प्रतिक्रियाशील) के साथ बातचीत करने के लिए गैस (चित्रा 2 देखें) चरण 2,3 में सजातीय क्लस्टर nucleation प्रेरित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. PLD द्वारा सामग्री संश्लेषण के लिए हमारी रणनीति ध्यान से प्लाज्मा PLD प्रक्रिया में उत्पन्न गतिशीलता को नियंत्रित करने के द्वारा एक नीचे अप दृष्टिकोण में गुण सामग्री की ट्यूनिंग पर आधारित है. क्लस्टर आकार, गतिज ऊर्जा और रचना बयान मापदंडों जो फिल्म और morphological और संरचनात्मक 4,5 परिवर्तन में वृद्धि के परिणाम को प्रभावित करने का एक उचित सेटिंग के द्वारा अलग किया जा सकता है. शोषण करके विधि यहाँ वर्णित हम आक्साइड के एक नंबर के लिए प्रदर्शन, (जैसे WO 3, 4 एजी हे 4, अल 2 3 हेएन डी TiO 2), morphology धुन क्षमता, घनत्व, porosity nanoscale 6-11 सामग्री संरचना संशोधित करके, संरचनात्मक आदेश, stoichiometry और चरण की डिग्री. यह विशिष्ट 12-16 अनुप्रयोगों के लिए सामग्री की डिजाइन की अनुमति देता है. फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के संदर्भ के साथ, हम nanostructured TiO 2 पदानुक्रम कोडांतरण नैनोकणों (<10 एनएम) द्वारा आयोजित एक नैनो और mesostructure है कि 13 दिलचस्प परिणाम दिखा रहा है जब डाई अवगत सौर कोशिकाओं में photoanodes के रूप में कार्यरत एक 'पेड़ों के जंगल' जैसा दिखता है (DSSC में संश्लेषित ) 17. इन पिछले परिणामों के आधार पर हम एक पारदर्शी संचालन ऑक्साइड के रूप में अल doped ZnO (AZO) फिल्मों के बयान के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन करता है.
पारदर्शी आयोजन आक्साइड (TCOs) उच्च (> 3 eV) bandgap भारी डोपिंग द्वारा कंडक्टर में परिवर्तित सामग्री, प्रतिरोधकता <10 -3 ओम सेमी और 80% से अधिक ऑप्टिकल transmi प्रदर्शित कर रहे हैंदिखाई रेंज में ttance. वे स्पर्श स्क्रीन और सौर कोशिकाओं 18-21 जैसे कई अनुप्रयोगों के लिए एक प्रमुख तत्व हैं और वे आम तौर पर sputtering, स्पंदित लेजर बयान, रासायनिक वाष्प जमाव, स्प्रे pyrolysis और समाधान आधारित रासायनिक तरीकों के साथ के रूप में विभिन्न तकनीकों द्वारा बड़े हो रहे हैं. TCOs के अलावा, ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) व्यापक रूप से किया गया है इसकी कम प्रतिरोधकता के लिए अध्ययन किया लेकिन उच्च लागत और ईण्डीयुम की कम उपलब्धता की कमी से ग्रस्त है. अनुसंधान अब F-doped SNO 2 (FTO), अल doped ZnO (AZO) और F-doped ZnO (FZO) के रूप में ईण्डीयुम मुक्त प्रणाली की दिशा में बढ़ रहा है.
घटना प्रकाश का एक बुद्धिमान प्रबंधन (प्रकाश को फँसाने) प्रदान करने के लिए सक्षम इलेक्ट्रोड फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से दिलचस्प हैं. संरचनाओं और morphologies एक पैमाने पर संग्राहक प्रकाश की तरंगदैर्ध्य (जैसे 300-1,000 एनएम), पर अच्छा नियंत्रण तुलनीय के माध्यम से तितर बितर प्रकाश दिखाई संभावना का फायदा उठाने केफिल्म और क्लस्टर विधानसभा आर्किटेक्चर पर आकारिकी की जरूरत है.
हम विशेष रूप से वर्णन कैसे आकारिकी और AZO फिल्मों की संरचना धुन. कॉम्पैक्ट AZO कम दबाव (2 पा ऑक्सीजन) में और कमरे के तापमान पर जमा कम (4.5 x 10 -4 ओम सेमी) प्रतिरोधकता और दृश्य प्रकाश (> 90%) पारदर्शिता जो AZO उच्च तापमान पर जमा के साथ प्रतिस्पर्धात्मक है की विशेषता है, जबकि AZO सौपानिक संरचना हे फोनों 100 के ऊपर 2 दबाव ablating इन संरचनाओं धुन्ध कारक के साथ एक मजबूत प्रकाश बिखरने क्षमता प्रदर्शित करने के लिए 80% और अधिक 22,23 द्वारा प्राप्त कर रहे हैं.
Protocol
Representative Results
Discussion
प्लाज्मा पंख आकार बारीकी से पृथक प्रक्रिया से संबंधित है, विशेष रूप से एक गैस की उपस्थिति में, दृश्य निरीक्षण प्लाज्मा पंख निगरानी बयान को नियंत्रित करने के लिए महत्वपूर्ण है. जब एक ऑक्साइड लक्ष्य ablating ?…
Disclosures
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 |
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