Niobium ऑक्साइड फिल्म्स प्रतिक्रियाशील sputtering द्वारा जमा: ऑक्सीजन प्रवाह दर का प्रभाव
Summary
यहाँ, हम perovskite सौर कोशिकाओं में एक इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के रूप में उपयोग के लिए विभिन्न ऑक्सीजन प्रवाह दरों के साथ प्रतिक्रियाशील sputtering द्वारा निओबियम ऑक्साइड फिल्मों के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं.
Abstract
प्रतिक्रियाशील sputtering एक बहुमुखी तकनीक उत्कृष्ट एकरूपता के साथ कॉम्पैक्ट फिल्मों के रूप में प्रयोग किया जाता है। इसके अलावा, यह इस तरह के गैस प्रवाह दर है कि संरचना पर परिवर्तन में परिणाम है और इस तरह फिल्म आवश्यक गुणों में के रूप में जमा मानकों पर आसान नियंत्रण की अनुमति देता है. इस रिपोर्ट में, प्रतिक्रियाशील sputtering niobium ऑक्साइड फिल्मों को जमा करने के लिए प्रयोग किया जाता है. एक niobium लक्ष्य धातु स्रोत और विभिन्न ऑक्सीजन प्रवाह दर के रूप में प्रयोग किया जाता है निओबियम ऑक्साइड फिल्मों जमा. ऑक्सीजन प्रवाह दर 3 से 10 sccm में बदल गया था. कम ऑक्सीजन प्रवाह दर के तहत जमा फिल्मों उच्च विद्युत चालकता दिखाने के लिए और बेहतर perovskite सौर कोशिकाओं प्रदान जब इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के रूप में इस्तेमाल किया.
Introduction
sputtering तकनीक व्यापक रूप से उच्च गुणवत्ता वाली फिल्मों को जमा करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसका मुख्य अनुप्रयोग अर्धचालक उद्योग में है, हालांकि यह भी यांत्रिक गुणों में सुधार के लिए सतह कोटिंग में प्रयोग किया जाता है, और चिंतनशील परतों1. sputtering का मुख्य लाभ विभिन्न substrates पर विभिन्न सामग्री जमा करने की संभावना है; अच्छा reproducibility और बयान मानकों पर नियंत्रण. sputtering तकनीक सजातीय फिल्मों के जमाव की अनुमति देता है, बड़े क्षेत्रों पर अच्छा आसंजन के साथ और कम लागत पर जब रासायनिक वाष्प जमा (सीवीडी), आणविक बीम epitaxy (MBE) और परमाणु परत जमा (ALD) जैसे अन्य जमा तरीकों के साथ तुलना में 1,2. आम तौर पर, sputtering द्वारा जमा अर्धचालक फिल्मों अक्रिस्टलीय या बहुक्रिस्टलीय हैं, तथापि, वहाँ3sputteringद्वारा epitaxial विकास पर कुछ रिपोर्ट कर रहे हैं. फिर भी, sputtering प्रक्रिया अत्यधिक जटिल है और पैरामीटर की सीमा विस्तृतहै 5,इसलिए उच्च गुणवत्ता वाली फिल्मों को प्राप्त करने के लिए, प्रक्रिया और पैरामीटर अनुकूलन की एक अच्छी समझ प्रत्येक सामग्री के लिए आवश्यक है.
वहाँ sputtering द्वारा niobium ऑक्साइड फिल्मों के बयान पर कई लेख रिपोर्टिंग कर रहे हैं, साथ ही साथ niobium नाइट्राइड6 और niobium कार्बाइड7. एनबी-ऑक्साइड में, निओबियम पेंटऑक्साइड (नब2व्5) एक पारदर्शी, वायु-स्थिर और जल-अघुलनशील पदार्थ है जो व्यापक बहुरूपता को दर्शाता है। यह एक n-प्रकार अर्धचालक है जिसमें बैंड अंतराल मान 3.1 से 5.3 ईवी तक होते हैं, जिससे इन ऑक्साइडोंको8,9,10,11,12,13) के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान की जाती है। ,14,15,16,17,18,19. Nb2O5 एक आशाजनक सामग्री के रूप में काफी ध्यान आकर्षित किया है अपने तुलनीय इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन दक्षता और टाइटेनियम डाइऑक्साइड की तुलना में बेहतर रासायनिक स्थिरता के कारण perovskite सौर कोशिकाओं में इस्तेमाल किया जा करने के लिए (TiO2) . इसके अतिरिक्त, डब2व्5 का बैंड अंतराल कोशिकाओं14के ओपन-सर्किट वोल्टता (Voc) में सुधार कर सकता है।
इस काम में, Nb2O5 विभिन्न ऑक्सीजन प्रवाह दरों के तहत प्रतिक्रियाशील sputtering द्वारा जमा किया गया था. कम ऑक्सीजन प्रवाह दरों पर, डोपिंग का उपयोग किए बिना फिल्मों की चालकता में वृद्धि हुई, जो सिस्टम पर अशुद्धियों का परिचय देती है। इन फिल्मों perovskite सौर कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के रूप में इस्तेमाल किया गया इन कोशिकाओं के प्रदर्शन में सुधार. यह पाया गया कि ऑक्सीजन की मात्रा कम होने से ऑक्सीजन की रिक्तियों के गठन का पता चलता है, जो बेहतर दक्षता के साथ सौर कोशिकाओं की ओर जाने वाली फिल्मों की चालकता को बढ़ाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस कार्य में तैयार की गई निओबियम ऑक्साइड फिल्मों का उपयोग पेरोवस्की सौर कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के रूप में किया जाता था। एक इलेक्ट्रॉन परिवहन परत के लिए आवश्यक सबसे महत्वपूर्ण विशेषता पुन…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस कार्य को फंडाओ डे एम्पोरो द्वारा समर्थित किया गया था – पेस्क्वीसा करते Estado de S$o पाउलो (FAPESP), सेंट्रो डे Desenvolvimento de Materiais Cer$micos (CDMF- FAPESPo 2013/07296-2, 2017/11072-3, 2013/09963-6 और 2017/18916-2)। PL माप के लिए प्रोफेसर M ximo Siu ली के लिए विशेष धन्यवाद.
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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