Fabbricazione di nano-ingegneria trasparenti Ossidi Conducting da Pulsed Laser Deposition
Summary
Descriviamo il metodo sperimentale per depositare film sottili di ossidi nanostrutturati da Pulsed Laser Deposition nanosecondi (PLD) in presenza di un gas di fondo. Utilizzando questo metodo di Al-ZnO drogato (AZO) film, dalla compatta alla gerarchicamente strutturata come nano-alberi delle foreste, possono essere depositati.
Abstract
Pulsed Laser Deposition nanosecondo (PLD) in presenza di un gas di fondo permette la deposizione di ossidi metallici con sintonizzabile morfologia, struttura, densità e stechiometria da un adeguato controllo della dinamica plasma pennacchio di espansione. Tale versatilità può essere sfruttata per produrre film nanostrutturati da nanoporoso denso e compatto per caratterizzata da un gruppo gerarchico di dimensioni nano cluster. In particolare si descrive la metodologia dettagliata per fabbricare due tipi di Al-ZnO drogato (AZO) film come elettrodi trasparenti in dispositivi fotovoltaici: 1) a bassa pressione O 2, film compatti con conducibilità elettrica e vicino trasparenza ottica allo stato dell'arte ossidi trasparenti conduttori (TCO) possono essere depositati a temperatura ambiente, per essere compatibile con i materiali sensibili al calore come i polimeri utilizzati nel fotovoltaico organico (OPV), 2) strutture di scattering di luce altamente gerarchica simile ad una foresta di nano-alberi sono prodottiuced a pressioni superiori. Tali strutture mostrano elevato fattore di Haze (> 80%) e può essere sfruttata per aumentare la capacità di cattura della luce. Il metodo qui descritto per film AZO può essere applicato ad altri ossidi metallici pertinenti per applicazioni tecnologiche come TiO 2, Al 2 O 3, WO 3 e Ag 4 O 4.
Introduction
Deposizione laser pulsata (PLD) impiega ablazione laser di un bersaglio solido che risulta nella formazione di un plasma di specie ablata che può essere depositato su un substrato di crescita di un film (vedi Figura 1) 1. Interazione con una atmosfera di fondo (inerte o reattivo) può essere usato per indurre nucleazione omogenea cluster in fase gas (vedi figura 2) 2,3. La strategia per la sintesi di materiali da PLD si basa sulla regolazione delle proprietà materiali in un approccio ascendente un controllo accurato della dinamica plasma generato nel processo PLD. Dimensione dei cluster, energia cinetica e la composizione può essere variata da una corretta impostazione di parametri di deposizione che influenzano la crescita di film e comportano variazioni morfologiche e strutturali 4,5. Sfruttando il metodo descritto qui dimostrato, per una serie di ossidi (ad es WO 3, Ag 4 O 4, Al 2 O 3 and TiO 2), la capacità di regolare morfologia, densità, porosità, grado di ordine strutturale, stechiometria e fase modificando la struttura del materiale su scala nanometrica 6-11. Questo permette la progettazione di materiali per applicazioni specifiche 12-16. Con riferimento alle applicazioni fotovoltaiche, abbiamo sintetizzato TiO2 nanostrutturato gerarchicamente organizzato da nanoparticelle di montaggio (<10 nm) in un nano-e mesostruttura che assomiglia a un 'foresta di alberi' 13 mostra risultati interessanti quando impiegato come fotoanodi nelle tinture per celle solari sensibilizzate (DSSC ) 17. Sulla base di questi risultati precedenti si descrive il protocollo per la deposizione di Al-ZnO drogato (AZO) film come un ossido conduttore trasparente.
Ossidi conduttori trasparenti (TCO) sono bandgap elevata (> 3 eV) convertito in materiali conduttori dal drogaggio pesante, visualizzando resistività <10 -3 ohm-cm e più del 80% ottica transmittance nel campo del visibile. Essi sono un elemento chiave per molte applicazioni come touch screen e celle solari 18-21 e sono tipicamente coltivate con tecniche differenti come sputtering, deposizione laser pulsata, deposizione chimica da vapore, pirolisi a spruzzo e con una soluzione a base di metodi chimici. Tra TCO, indio-stagno-ossido (ITO) è stato ampiamente studiato per la sua bassa resistività, ma presenta l'inconveniente del costo elevato e bassa disponibilità di indio. La ricerca sta ora muovendo verso indio senza sistemi come F-drogato SnO 2 (FTO), Al-ZnO drogato (AZO) e F-ZnO drogato (FZO).
Elettrodi in grado di fornire una gestione intelligente della luce incidente (intrappolamento luce) sono particolarmente interessanti per applicazioni fotovoltaiche. Per sfruttare la possibilità di disperdere la luce visibile attraverso strutture e morfologie modulati su scala paragonabili alla lunghezza d'onda della luce (per esempio 300-1,000 nm), un buon controllo sulmorfologia film e sulle architetture di montaggio del cluster è necessario.
In particolare, si descrive come ottimizzare la morfologia e la struttura dei film AZO. Compatta AZO depositato a bassa pressione (2 ossigeno Pa) a temperatura ambiente e caratterizzata da una bassa resistività (4,5 x 10 -4 ohm cm) e trasparenza alla luce visibile (> 90%) che è competitiva con AZO depositati a temperature elevate, mentre AZO strutture gerarchiche sono ottenuti ablazione a O 2 pressioni superiori a 100 Pa. Tali strutture visualizzare una forte capacità diffondente con fattore di foschia fino al 80% e più 22,23.
Protocol
Representative Results
Discussion
La forma pennacchio plasma è strettamente legato al processo di ablazione, soprattutto in presenza di un gas, il monitoraggio del pennacchio plasma mediante ispezione visiva è importante controllare la deposizione. Nel depositare un ossido metallico da ablare un target di ossido, l'ossigeno è necessario per supportare le perdite di ossigeno durante il processo di ablazione. A bassa pressione gas di fondo di ossigeno, il materiale depositato può avere vacanze di ossigeno. Questo effetto è ridotto aumentando la p…
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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