Nghiên cứu khảnăngứng dụng của vật liệu mới bari đisilic (basi2) nhằm thay thế vật liệu silic truyền thống trong chếtạo pin năng lượng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM BÁO CÁO TĨM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ho D cD NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA VẬT aN LIỆU MỚI - BARI ĐISILIC (BaSi2) - NHẰM THAY an THẾ VẬT LIỆU SILIC TRUYỀN THỐNG TRONG g CHẾ TẠO PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Mã số: B2019-DN03-34 Chủ nhiệm đề tài: TS Mai Thị Kiều Liên Đà Nẵng, 08/2021 g an aN cD ho D DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TT Nội dung nghiên Đơn vị công tác Họ tên cứu cụ thể lĩnh vực chuyên môn giao Khoa Vật lý, Trường Đại học TS Mai Thị Kiều Liên Sư phạm, ĐHĐN Chủ nhiệm Chuyên môn: Khoa học vật liệu TS Trần Thị Hồng Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, ĐHĐN D Chuyên môn: Khoa học vật liệu TS Nguyễn Quý Tuấn Khoa Vật lý, Trường Đại học Tham gia ho Tham gia Sư phạm, ĐHĐN cD Chuyên môn: Khoa học vật liệu ThS Lê Thị Phương Thảo Khoa Vật lý, Trường Đại học Tham gia aN Sư phạm, ĐHĐN an Chuyên môn: Khoa học vật liệu g ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị ngồi nước Nội dung phối hợp nghiên Họ tên người đại cứu diện đơn vị Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Tham gia nghiên cứu PGS TS Nguyễn Văn phạm, Đại học Đà Nẵng góp ý kết Hiếu nghiên cứu Trường Đại học Kĩ thuật, Đại học Nagoya, Nhật Bản Tham gia nghiên cứu GS TS Noritaka Usami góp ý kết nghiên cứu ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM g an aN cD ho D THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung - Tên đề tài: Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu - bari đisilic (BaSi2) - nhằm thay vật liệu silic truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời - Mã số: B2019-DN03-34 - Chủ nhiệm: TS Mai Thị Kiều Liên - Thành viên tham gia: TS Trần Thị Hồng, TS Nguyễn Quý Tuấn ThS Lê Thị Phương Thảo - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm- Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: Từ tháng 08 năm 2019 đến tháng 08 năm 2021 Mục tiêu - Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu BaSi2 nhằm thay vật liệu Si truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời - Khảo sát cấu trúc tính chất điện, quang BaSi2 chất khác nhau, cụ thể Si Ge - Đề xuất kĩ thuật xử lí chất nhằm cải thiện tính chất màng BaSi2 dùng hệ bốc bay nhiệt Tính sáng tạo - Việc nghiên cứu vật liệu BaSi2 nhằm thay vật liệu Si truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời thực vài nhóm nghiên cứu, đặc biệt chế tạo màng mỏng BaSi2 phương pháp bốc bay chân không nhằm mục địch ứng dụng quy mô công nghiệp Trong nghiên cứu này, đề xuất kĩ thuật để xử lí bề mặt đế (chất nền) trước lắng đọng màng mỏng BaSi2 Những kết thu nhận chưa công bố tác giả khác Tóm tắt kết nghiên cứu: - Đã khảo sát tổng quan vật liệu BaSi2, vật liệu có tiềm ứng dụng to lớn, thay vật liệu Si truyền thống ứng dụng pin mặt trời; - Đã chế tạo thành công màng mỏng BaSi2 đế Si Ge, sử dụng kĩ thuật để điều chỉnh đế trước lắng đọng màng; - Đã phân tích cấu trúc tinh thể, tính chất quang điện màng mỏng BaSi2 đế Si Ge điều chỉnh, so sánh với màng đế phẳng, dựa vào kết đo SEM, hiệu ứng Hall, phổ Raman, XRD, µ-PCD, hồi đáp quang học, truyền qua, phản xạ, hấp thụ,… Các kết thu cho thấy màng mỏng BaSi2 bốc bay đế Si Ge điều chỉnh chất hấp thụ đầy hứa hẹn cho ứng dụng pin mặt trời màng mỏng tương lai; - Đã tối ưu hoá điều kiện điều chỉnh đế Si Ge để thu màng mỏng BaSi2 đế có cấu trúc tinh thể, tính chất quang điện tốt - Đã chế tạo thành công dây nano Si trực tiếp đế Si (100) phương pháp hoá học đơn giản nhiệt độ phịng áp suất khí Đây bước đầu để chế tạo dây nano BaSi2 nghiên cứu Tên sản phẩm: - Mai Thi Kieu Lien and Noritaka Usami, Effect of Si substrate modification on improving the crystalline quality, optical and electrical properties of thermally-evaporated BaSi2 thin-films for solar cell applications, International Journal of Modern Physics B Vol 34, No (2020) 2050068 (14 pages) DOI: 10.1142/S021797922050068X - Mai Thi Kieu Lien, Chế tạo màng mỏng bari đisilic đế gecmani phương pháp bốc bay nhiệt khảo sát số tính chất nó, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Sư phạm ĐHĐN, 2019, 35(04), 66-72 - Mai Thi Kieu Lien, Effect of substrate modification on properties of thermally evaporated barium disilicide thin-films, Journal of Science, The University of Danang - University of Science and Education, 2019, 36(05), 21-25 iii g an aN cD ho D g an aN cD ho D INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information - Project title: Studying the applicability of a new material - barium disilic (BaSi2) - to replace the traditional material of silicon for solar cells application - Project number: B2019-DN03-34 - Project leader: PhD Mai Thi Kieu Lien - Members: PhD Tran Thi Hong, PhD Nguyen Quy Tuan and MSc Le Thi Phuong Thao - Implementing institution: The University of Danang, University of Science and Education - Duration: From 08/2019 to 08/2021 Objective(s) - To study the applicability of a new material, BaSi 2, replacing the traditional material of Si for solar cells application - To investigate the structure, electrical and optical properties of BaSi on different substrates, namely Si and Ge - To propose a new treatment technique on the substrates in improving the properties of BaSi2 thin-films when using the thermal evaporation system Creativeness and innovativeness - The study on a new material, BaSi2, to replace the traditional Si material in solar cell fabrication is currently only carried out by a few research groups, especially the fabrication of BaSi thin films by vacuum evaporation method for industrial-scale applications In this study, we proposed a new technique for surface treatment of substrates before the deposition of BaSi2 thin films The obtained results are new and have not been published by other authors Research results: - Surveyed the overview of BaSi2, the new material with great application potential, replacing the traditional Si material in solar cell applications; - Successfully fabricated BaSi2 thin films on Si and Ge substrates, using new techniques to modify the substrates before film deposition; - Analyzed the crystal structure, optical and electrical properties of BaSi thin films on modified Si and Ge substrates, compared with those of the films on flat substrates, based on the measurement results of SEM and Hall effect, and spectra of Raman, XRD, µ-PCD, optical response, transmission, reflection, absorption, etc The obtained results show that BaSi2 thin films on the modified Si and Ge substrates are the promising absorbers for thin film solar cell applications; - Optimized the modification conditions for Si and Ge substrates to obtain BaSi thin films on these substrates with the best crystal structure, optical and electrical properties - Successfully fabricated Si nanowires directly on Si(100) substrates by simple chemical process at room temperature and atmospheric pressure This is the first step to fabricate BaSi nanowires in further studies Products: - Mai Thi Kieu Lien and Noritaka Usami, Effect of Si substrate modification on improving the crystalline quality, optical and electrical properties of thermally-evaporated BaSi2 thin-films for solar cell applications, International Journal of Modern Physics B Vol 34, No (2020) 2050068 (14 pages) DOI: 10.1142/S021797922050068X - Mai Thi Kieu Lien, Fabricating barium disilicide thin-films on germanium substrate and investigating some of its properties, Journal of Science, The University of Danang - University of Science and Education, 2019, 35(04), 66-72 - Mai Thi Kieu Lien, Effect of substrate modification on properties of thermally evaporated barium disilicide thin-films, Journal of Science, The University of Danang - University of Science and Education, 2019, 36(05), 21-25 - Mai Thi Kieu Lien, Fabrication of Si nanowires by a simple chemical process with very short fabrication time, Journal of Science and Technology - University of Danang (Accepted for publication) v Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The research results of this project are useful references for staff, students, and researchers on solar cells using new materials, a new research topic that has received much attentionin on over the world - The research results of this project contribute to the development and improvement of the quality of scientific research of the University of Danang - The research results on the applicability of the new material BaSi2 in the field of solar cells will effectively solve the disadvantages of cost and complexity of the fabrication process It will open the application potential on a large scale in the near future g an aN cD ho D vi g an aN cD ho D MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Pin lượng mặt trời, thiết bị biến đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành lượng điện, nghiên cứu khai thác nhằm ứng dụng phạm vi toàn cầu Tuy nhiên, triển khai ứng dụng thiết bị cần phải ý đến vấn đề an tồn, rẻ, bền, thân thiện với mơi trường Hiện tại, pin lượng mặt trời hầu hết dựa vật liệu truyền thống silic (Si) an tồn, ổn định, có sẵn với số lượng lớn tự nhiên Tuy nhiên, có hai nhược điểm sử dụng Si Thứ nhất, Si chất bán dẫn có vùng cấm xiên nên có hệ số hấp thụ tương đối thấp Để hấp thụ ánh sáng mặt trời màng Si chế tạo phải đủ dày, điều dẫn đến chi phí sản xuất cao Thứ hai, độ rộng vùng cấm Si hẹp nên hạn chế hiệu suất pin mặt trời làm từ Si Để cải thiện nhược điểm Si, pin mặt trời màng mỏng sử dụng vật liệu khác có vùng cấm rộng nghiên cứu phát triển cách mạnh mẽ Hai ví dụ điển hình pin mặt trời làm từ cađimi telurua (CdTe) đồng inđi gali điselen (CIGS) thương mại hoá Tuy nhiên, vật liệu cịn thiếu số tính chất quan trọng để triển khai quy mơ tồn cầu chúng tạo từ nguyên tố độc hại với chi phí cao Một vật liệu thay Si lí tưởng chế tạo pin mặt trời màng mỏng phải có hệ số hấp thụ cao, thời gian sống hạt tải không dài, vùng cấm gần với giá trị lí tưởng 1,4 eV Bari đisilic (BaSi2) có đủ tính chất vật liệu đầy hứa hẹn thay Si chế tạo pin mặt trời màng mỏng Việc nghiên cứu tính chất vật liệu BaSi2 ứng dụng chế tạo pin mặt trời mẻ hạn chế Do đó, để tìm hiểu rõ phương pháp chế tạo tìm kĩ thuật nhằm cải thiện tính chất BaSi2, đóng góp phần thơng tin khoa học cho lĩnh vực chế tạo pin mặt trời, định chọn đề tài “Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu - bari đisilic (BaSi2) - nhằm thay vật liệu silic truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời” Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu BaSi2 nhằm thay vật liệu Si truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời - Khảo sát cấu trúc tính chất điện, quang BaSi2 đế (chất nền) khác nhau, cụ thể Si Ge - Đề xuất kĩ thuật xử lí đế nhằm cải thiện tính chất màng BaSi2 dùng hệ bốc bay nhiệt Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu BaSi2 - Các đế Si Ge Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Thu thập, tổng hợp tài liệu, tư liệu, sách báo, cơng trình khoa học nghiên cứu BaSi2 4.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Các đế Si Ge điều chỉnh phương pháp hoá học - Màng mỏng BaSi2 lắng đọng đế Si Ge phương pháp bốc bay nhiệt - Chất lượng kết tinh, tính chất quang điện màng BaSi2 khảo sát máy đo đại nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử quét, máy đo phổ Raman, máy đo phổ phản xạ truyền qua, máy đo phổ phân rã vi sóng, hệ đo hiệu ứng Hall, hệ đo tính chất hồi đáp quang học Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lí thuyết vật liệu BaSi2 - Chế tạo tối ưu hoá điều kiện điều chỉnh đế Ge - Chế tạo khảo sát chất lượng kết tinh tính chất màng mỏng BaSi2 đế Ge - Cải thiện chất lượng kết tinh tính chất màng mỏng BaSi2 đế Ge tìm điều kiện tối ưu - Chế tạo tối ưu hoá điều kiện điều chỉnh đế Si - Chế tạo khảo sát chất lượng kết tinh tính chất màng mỏng BaSi2 đế Si - Cải thiện chất lượng kết tinh tính chất màng mỏng BaSi2 đế Si tìm điều kiện tối ưu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết nghiên cứu đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho cán bộ, sinh viên, cao học viên, nghiên cứu sinh, nhà nghiên cứu thực nghiệm pin lượng mặt trời sử dụng vật liệu thay vật liệu truyền thống, hướng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm giới Các kết nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu BaSi2 lĩnh vực pin lượng mặt trời giải hiệu nhược điểm chi phí tiêu tốn độ phức tạp q trình chế tạo Nó mở tiềm ứng dụng quy mô rộng lớn tương lai gần g an aN cD ho D g an aN cD ho D CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung vật liệu sử dụng để chế tạo pin lượng mặt trời dạng màng mỏng Pin lượng mặt trời, thiết bị biến đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành lượng điện, nghiên cứu khai thác nhằm ứng dụng phạm vi toàn cầu Tuy nhiên, triển khai ứng dụng thiết bị cần phải ý đến vấn đề an toàn, rẻ, bền, thân thiện với môi trường Hiện tại, pin lượng mặt trời hầu hết dựa vật liệu truyền thống silic (Si) an tồn, ổn định, có sẵn với số lượng lớn tự nhiên Tuy nhiên, có hai nhược điểm sử dụng Si Thứ nhất, Si chất bán dẫn có vùng cấm xiên nên có hệ số hấp thụ tương đối thấp Để hấp thụ ánh sáng mặt trời màng Si chế tạo phải đủ dày, điều dẫn đến chi phí sản xuất cao Thứ hai, độ rộng vùng cấm Si hẹp nên hạn chế hiệu suất pin mặt trời làm từ Si Để khắc phục nhược điểm Si, pin mặt trời màng mỏng sử dụng vật liệu thay với vùng cấm rộng dày công nghiên cứu phát triển Hai ví dụ điển hình pin mặt trời màng mỏng CdTe CIGS thương mại hóa Tuy nhiên, vật liệu thiếu số đặc tính quan trọng để triển khai quy mơ tồn cầu, điều khiến chúng khó dẫn đầu thị trường Vật liệu hấp thụ thay lí tưởng pin mặt trời màng mỏng nên có hệ số hấp thụ cao, thời gian sống hạt tải không dài độ rộng vùng cấm xấp xỉ 1,4 eV Bari đisilic cấu trúc hệ thoi (BaSi2) có tất tính chất vật liệu đầy hứa hẹn thay Si chế tạo pin mặt trời màng mỏng 1.2 Cấu trúc tinh thể cấu trúc vùng lượng BaSi2 BaSi2 cấu trúc hệ thoi (các số mạng: a = 0,891 nm, b = 0,672 nm, c = 1,153 nm) cấu trúc ổn định nhiệt độ phòng áp suất khí Ơ sở BaSi2 thể hình 1.1 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể BaSi2 1.3 Các phương pháp chế tạo màng BaSi2 Việc chế tạo màng BaSi2 chất lượng cao quan trọng cho ứng dụng thiết bị Trong báo cáo này, chúng tơi giới thiệu ba phương pháp để chế tạo màng BaSi2, cụ thể epitaxy chùm phân tử, bốc bay chân không phún xạ 1.3.1 Phương pháp epitaxy chùm phân tử (MBE) Hệ thống MBE bơm ion trang bị nguồn bốc chùm điện tử cho Si tế bào Knudsen tiêu chuẩn (K-cell) cho Ba Các nhóm nghiên cứu sử dụng kĩ thuật lắng đọng hai bước bao gồm epitaxy lắng đọng phản ứng (RDE) để tạo thành khuôn mẫu MBE (cùng lắng đọng Ba Si) Si (111) Si (001), thể hình 1.2 Các khuôn mẫu hoạt động mầm nhiệt độ phịng (RT) Đặc tính hồi đáp quang học đo RT hệ thống khảo sát sử dụng đèn xenon 450 W halogen 400 W với đơn sắc để tạo ánh sáng đơn sắc công suất không đổi 50 μW/cm2 (JASCO YQ-250BX) D Hình 2.1 Sơ đồ minh họa quy trình điều chỉnh bề mặt đế Si phương pháp MACE g an aN cD ho 2.3 Kết thảo luận Hình 2.2 hình ảnh SEM nhìn từ mặt bên mặt cắt ngang màng bốc bay BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh với thời gian ăn mòn te khác Bề mặt màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng mịn không xuất vết nứt hình 2.2(a) Đối với màng lắng đọng đế Si điều chỉnh, hình thái bề mặt thay đổi từ dạng đồi [hình 2.2(b) 2.2(c)] sang dây nano [hình 2.2(d) 2.2(e)] Từ hình 2.2(b) 2.2(c) thấy độ cao đồi tăng lên theo te diện tích phủ màng BaSi2 đế Si tốt hình 2.2(d) Mặt khác, te = 10 s [hình 2.2(e)], đỉnh dây nano bó lại sau màng BaSi2 lắng đọng, điều cho thấy hình thái dây nano Những bó dẫn đến hình thành khoảng trống (tức khơng có BaSi2) phần dây nano phát triển không đồng màng BaSi2 Các mẫu GI-XRD màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh góc tới 2,0o thể hình 2.3 Có thể thấy tất đỉnh màng BaSi2 bốc bay khớp với đỉnh từ mẫu mô Điều chứng tỏ màng BaSi2 bốc bay màng đơn pha khơng có tạp chất, đặc biệt đế Si điều chỉnh đế trải qua trình MACE Đối với màng đế Si điều chỉnh, tất đỉnh hiển thị cường độ tương đối tương tự với dạng mô phỏng, cho thấy màng BaSi2 định hướng ngẫu nhiên Quan sát kĩ, thấy đỉnh tinh thể (211) màng lắng đọng đế Si điều chỉnh te = giây cao te khác hẹp màng lắng đọng đế Si phẳng Điều cho thấy độ kết tinh cải thiện so với màng khác Hình 2.4(a) 2.4(b) cho thấy phổ Raman giá trị FWHM chế độ A1 màng BaSi2 bốc bay đế Si phẳng đế Si điều chỉnh te khác Các đỉnh quan sát từ phổ tương ứng với chế độ dao động anion [Si4]4− BaSi2 cấu trúc trực thoi FWHM màng đế Si điều chỉnh nhỏ so với đế Si phẳng thể hình 2.4(b), cho thấy màng lắng đọng đế Si điều chỉnh có chất lượng tốt so với màng lắng đọng đế Si phẳng Điều giải thích giảm ứng suất màng bốc bay đế Si điều chỉnh nhiệt độ cao nhờ vào gia tăng diện tích bề mặt so với màng bốc bay đế Si phẳng Xem xét màng lắng đọng đế Si điều chỉnh, FWHM giảm theo te 10 giấy, sau tăng nhẹ Vì FWHM xem tiêu đánh giá chất lượng kết tinh hạt BaSi2, FWHM thấp chất lượng kết tinh tốt Kết cho thấy giấy thời gian ăn mòn tối ưu cho việc điều chỉnh đế Si việc cải thiện chất lượng tinh thể màng BaSi2 bốc bay Ở thời gian ăn mòn dài (tức te = 10 giây), thay đổi hình thái phát triển không đồng đều, chất lượng tinh thể màng bắt đầu suy giảm aN cD ho D g an Hình 2.2 Hình ảnh SEM nhìn từ mặt bên mặt cắt ngang màng bốc bay BaSi2 lắng đọng (a) đế Si phẳng đế Si điều chỉnh với thời gian ăn mòn te khác nhau: (b) giây, (c) giây, (d) giây, (e) 10 giây Hình 2.3 Hình ảnh GI-XRD màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh góc tới 2,0o 11 g an aN cD ho D Hình 2.4 (a) Phổ Raman (b) FWHM A1 màng BaSi2 bốc bay đế Si phẳng đế Si điều chỉnh te khác 2.3.2 Các tính chất quang học màng BaSi2 Hình 2.5(a) cho thấy phổ hấp thụ (A) màng BaSi2 bốc bay đế Si phẳng đế Si điều chỉnh te khác nhau, suy từ phổ phản xạ truyền qua đo (khơng hiển thị) Có thể thấy giá trị màng lắng đọng đế Si điều chỉnh cao so với đế Si phẳng Điều cho thấy ảnh hưởng việc điều chỉnh đế việc cải thiện khả giam hãm ánh sáng Đối với màng BaSi2 đế Si điều chỉnh, A tăng theo te lên đến giây, sau gần bão hịa te dài (10 giây) Kết gợi ý giây thời gian ăn mịn hố học tối ưu hóa cho đặc tính quang học Hình 2.5 (a) Phổ hấp thụ A (b) phụ thuộc Jsc lí thuyết vào te màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh Từ phổ hấp thụ, xác định mật độ dịng ngắn mạch lí thuyết (Jsc) nhằm xác định hiệu suất thiết bị tiềm vật liệu sử dụng thể đồ thị hình 2.5(b) Từ đồ thị, ta thấy giá trị Jsc lí thuyết màng lắng đọng đế Si điều chỉnh (> 32 mA/cm2) cao màng đế Si phẳng (~ 26 mA/cm2), đạt 38 mA/cm2 te = giây 10 giây Điều cho thấy tiềm lớn việc điều chỉnh đế việc cải thiện dòng điện tối đa cung cấp pin mặt trời làm từ vật liệu BaSi2 đế Si điều chỉnh Hình 2.6 cho thấy phụ thuộc vào thời gian ăn mòn hoá học te nồng độ hạt tải điện n độ linh động Hall μH màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh Tất màng BaSi2 tinh khiết dẫn điện loại n μH màng BaSi2 lắng đọng đế Si điều chỉnh cao nhiều so với đế Si phẳng, điều cho chất lượng màng BaSi2 12 lắng đọng đế Si điều chỉnh tốt Tập trung vào đế Si điều chỉnh, μH tăng theo te lên đến giây sau giảm 10 giây Kết phù hợp với kết chất lượng tinh thể tính chất quang học μH đạt giá trị cực đại 273 cm2/V.s te = giây Hình 2.6 Sự phụ thuộc vào thời gian ăn mịn hố học te nồng độ hạt tải điện n độ linh động Hall μH màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh g an aN cD ho D Hình 2.7(a) cho thấy đường cong phân rã quang dẫn màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh mật độ photon 1,1×1015 cm-2 Thời gian sống hạt tải khơng τ thể đường đứt nét hình 2.7 Hình 2.7(b) cho thấy phụ thuộc τ vào thời gian ăn mòn te hai mật độ photon 1,1×1015 cm− 1,1×1014 cm− Nhìn vào hình vẽ ta thấy τ màng BaSi2 đế Si điều chỉnh lâu chút so với đế Si phẳng hai loại mật độ photon Kết cho thấy chất lượng tinh thể màng BaSi2 đế Si điều chỉnh tốt so với đế Si phẳng Tập trung vào đế Si điều chỉnh, τ tăng theo te lên đến giây sau giảm nhẹ te 10 giây Hình 2.7 (a) Các đường cong phân rã quang dẫn màng BaSi2 lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh mật độ photon 1,1×1015 cm-2 đo phương pháp μ-PCD (b) Sự phụ thuộc τ vào thời gian ăn mịn te hai mật độ photon 1,1×1015 cm− 1,1×1014 cm− Hình 2.8 cho thấy đặc tính hồi đáp quang cấu trúc ITO/BaSi2/ n-Si (phẳng điều chỉnh)/Al đo RT điện áp phân cực thuận nghịch V Sự hồi đáp quang học quan sát rõ ràng màng BaSi2 Si điều chỉnh te = giây màng BaSi2 khác yếu gần mức nhiễu Điều cho thấy chất lượng tinh thể (hoặc) tính chất bề mặt màng BaSi2 Si điều chỉnh te = giây tốt so với màng khác Hơn nữa, phép đo hồi đáp quang học, dòng điện quang tạo hấp thụ ánh sáng cặp lỗ trống-điện tử phân tách điện trường Hồi đáp quang học quan sát chứng tỏ tác động việc điều chỉnh đế việc cải thiện khả hấp thụ cách giam hãm ánh sáng tối ưu hóa thời gian ăn mịn hố học Điều xác nhận đặc tính quang 13 điện trình bày phần trước Dịng điện quang bắt đầu xuất lượng photon khoảng 1,29 eV, coi giá trị vùng cấm BaSi2 bốc bay đế Si Giá trị gần giống với giá trị màng BaSi2 bốc bay đế Si từ nghiên cứu trước gần với vùng cấm màng BaSi2 lắng đọng phương pháp MBE phún xạ Hình 2.8 Đặc tính hồi đáp quang cấu trúc ITO/BaSi2/ n-Si (phẳng điều chỉnh)/Al đo RT điện áp phân cực thuận nghịch V g an aN cD ho D 2.4 Kết luận Màng BaSi2 cấu trúc trực thoi đơn pha dày 170 nm lắng đọng đế Si phẳng đế Si điều chỉnh phương pháp bốc bay nhiệt 500 oC Chất lượng tinh thể thu đặc tính quang điện màng BaSi2 lắng đọng đế Si điều chỉnh tốt so với chất lượng màng đế Si phẳng Trên sở kết thực nghiệm, thời gian ăn mòn te = giây chọn làm điều kiện tối ưu cho điều chỉnh bề mặt đế Si cho thấy chất lượng tinh thể, tính chất quang học, tính chất điện, thời gian sống hạt tải điện hồi đáp quang tốt số điều kiện mà chúng tơi khảo sát Jsc lí thuyết, độ linh động Hall μH thời gian sống hạt tải điện không τ màng BaSi2 te = giây 38 mA/cm2, 273 cm2/Vs 2,3 μs Các kết thu nghiên cứu xác nhận màng mỏng BaSi2 bốc bay đế Si điều chỉnh chất hấp thụ đầy hứa hẹn cho ứng dụng pin mặt trời màng mỏng 14 g an aN cD ho D CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG BaSi2 BỐC BAY NHIỆT TRÊN ĐẾ Ge (100) ĐIỀU CHỈNH 3.1 Giới thiệu Sử dụng phương pháp bốc bay nhiệt, màng mỏng BaSi2 lắng đọng nhiều loại đế phẳng khác Si, thủy tinh, CaF2, Ge Sử dụng Ge làm đế để lắng đọng màng BaSi2 có số ưu điểm so với Si Thứ nhất, hệ số giãn nở nhiệt Ge gần với BaSi2 Si, điều làm giảm hình thành vết nứt màng BaSi2 Thứ hai, pin mặt trời tiếp xúc dị thể BaSi2/Ge hấp thụ ánh sáng dải bước sóng rộng vùng cấm Ge nhỏ (Eg = 0,67 eV) Hơn nữa, Ge có cấu trúc kim cương với Si số mạng gần với Si, có nghĩa Ge có chênh lệch mạng tinh thể nhỏ so với BaSi2 cấu trúc trực thoi Việc điều chỉnh bề mặt đế trước lắng đọng màng BaSi2 có tác dụng giảm phản xạ ánh sáng tăng khả hấp thụ, vấn đề then chốt việc cải thiện hiệu suất thiết bị quang điện tử Trong phần này, sử dụng đế Ge điều chỉnh bề mặt phương pháp đơn giản Các nghiên cứu trước báo cáo thành phần tạo từ nguồn BaSi2 giàu Ba giai đoạn đầu cần cung cấp nguyên tử Si giai đoạn để đạt màng BaSi2 cân hố học Tuy nhiên, khơng giống với chương dùng đế Si, sử dụng đế Ge nên thiếu nguyên tử Si Do đó, trước lắng đọng màng BaSi2 phương pháp bốc bay nhiệt, lớp Si vơ định hình (a-Si) lắng đọng đế Ge phương pháp phún xạ Mục đích nghiên cứu tạo màng khảo sát đặc tính màng BaSi2 cấu trúc trực thoi đế Ge điều chỉnh Để thấy ưu điểm việc điều chỉnh đế, so sánh đặc tính màng BaSi2 lắng đọng đế Ge điều chỉnh với đặc tính màng đế Ge phẳng Điều kiện điều chỉnh đế tối ưu hóa 3.2 Thí nghiệm Đế Ge (100) pha tạp loại P (điện trở suất ρ = 1–10 Ω.cm), sau làm axeton nước DI để loại bỏ tạp chất hữu cơ, nhúng vào dung dịch HNO3 (70%) để tạo thành vòm bề mặt Thời gian nhúng thay đổi từ đến 20 phút Sau đó, đế nhúng vào dung dịch HF pha loãng (5%) phút để loại bỏ lớp oxit Sau làm nước DI, đế Ge đưa vào buồng phún xạ RF để lắng đọng lớp a-Si dày 50 nm nhiệt độ đế 300 oC Ar sử dụng làm khí phún xạ Sau đó, màng BaSi2 dày 200 nm lắng đọng phương pháp bốc bay nhiệt nhiệt độ 500 oC áp suất 1,0 × 10-5 mbar Các hạt BaSi2 có kích thước ∼0,07 g sử dụng làm nguồn nấu chảy cách đốt nóng dụng cụ đựng làm vonfram Các nghiên cứu trước màng BaSi2 nên bốc bay nhiệt độ 500 oC để tạo màng BaSi2 cấu trúc trực thoi đơn pha giảm hình thành vết nứt màng Để so sánh, màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng điều kiện tương tự Để khảo sát hình thái bề mặt, tính chất kết tinh, tính chất quang học động học phân rã màng BaSi2 đế Ge phẳng Ge điều chỉnh, sử dụng thiết bị mô tả chương 3.3 Kết thảo luận Hình 3.1 hình ảnh SEM nhìn từ mặt bên mặt cắt ngang màng bốc bay BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh với thời gian ăn mịn te khác Trong hình 3.1(a), thấy màng BaSi2 đế Ge phẳng có bề mặt mịn khơng hình thành vết nứt bề mặt dọc theo bề dày màng, phù hợp với nghiên cứu trước Đối với màng lắng đọng đế Ge điều chỉnh, hình thái bề mặt dạng mái vịm đế Ge sau màng BaSi2 lắng đọng trì Lớp a-Si (có tác dụng cung cấp ngun tử Si) gần bị tiêu thụ hết, điều thể chỗ mặt phân cách BaSi2 đế Ge tương đối mịn rõ ràng cho tất mẫu Như hiển thị hình nhỏ bên hình 3.1(b)-(e), chiều cao đường kính mái vịm tăng theo te Ở thời gian te = 20 phút, bề mặt màng BaSi2 trở nên thô ráp độ xốp tăng lên Trong điều kiện bốc bay màng BaSi2, mái vịm cao lớn diện tích 15 mặt phân cách BaSi2/Ge lớn màng BaSi2 xốp Xu hướng xốp tiếp xúc lâu với dung dịch ăn mịn hệ điển hình việc sử dụng phương pháp ăn mịn hóa học Diện tích bề mặt lớn làm giảm ứng suất tạo thành màng, nguyên nhân hình thành vết nứt bốc bay nhiệt độ cao lại làm tăng độ xốp (và tăng khuyết tật tinh thể) màng Do đó, chúng tơi cân nhắc cân hai yếu tố tối ưu hóa te sử dụng đế Ge điều chỉnh (b) (c) (d) aN cD ho D (a) (e) g an Hình 3.1 Hình ảnh SEM nhìn từ mặt bên mặt cắt ngang màng bốc bay BaSi2 lắng đọng (a) đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh với thời gian ăn mòn te khác nhau: (b) phút, (c) 10 phút, (d) 15 phút, (e) 20 phút Lớp a-Si gần bị tiêu thụ hết Phổ Raman màng BaSi2 bốc bay đế Ge phẳng điều chỉnh te khác thể hình 3.2(a) Các đỉnh quan sát xác định chế độ dao động anion [Si4]4- BaSi2, cho thấy tất màng BaSi2 cấu trúc trực thoi Hình 3.2(b) cho thấy giá trị FWHM chế độ A1, sử dụng làm thước đo chất lượng tinh thể Có thể thấy FWHM màng điều chỉnh nhỏ so với đế phẳng, thể màng lắng đọng đế Ge điều chỉnh có chất lượng tốt so với đế Ge phẳng Điều giải thích giảm ứng suất màng bốc bay đế điều chỉnh nhiệt độ cao tăng diện tích bề mặt so với bốc bay đế phẳng Đối với màng lắng đọng đế điều chỉnh, FWHM dường không thay đổi te = 10 phút Mặc dù hình thái bề mặt màng te = 10 phút [hình 3.1(c)] khác so với te = phút [hình 3.1(b)], te = 10 phút chưa phải thời gian tối ưu để cải thiện 16 chất lượng kết tinh Sau đó, FWHM giảm dần theo te lên đến 15 phút tăng lên sau Điều cho thấy 15 phút thời gian tối ưu cho việc điều chỉnh đế Ge việc cải thiện chất lượng tinh thể màng BaSi2 bốc bay Ở thời gian ăn mòn lâu (tức te = 20 phút), gia tăng độ xốp khuyết tật tinh thể đề cập trên, chất lượng tinh thể màng bắt đầu giảm g an aN cD ho D Hình 3.2 (a) Phổ Raman (b) FWHM A1 màng BaSi2 bốc bay đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh te khác Hình 3.3(a) (b) cho thấy mẫu GI-XRD màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh hai góc tới tương ứng 2,0o 3,5o Nhìn vào hình thấy tất đỉnh màng trùng với đỉnh từ mẫu lí thuyết BaSi2 cấu trúc trực thoi, chứng tỏ màng BaSi2 đơn pha Hình ảnh XRD hình 3.3(b) có biểu xu hướng với mẫu tương ứng hình 3.3(a) Điều cho thấy chất lượng màng đồng dọc theo độ dày màng BaSi2 Tuy nhiên, quan sát kĩ, thấy đỉnh hình 3.3(a) rộng đỉnh hình 3.3(b) tất màng Điều gợi ý chất lượng màng giảm nhẹ phía bề mặt (a) 17 g an aN cD ho D (b) Hình 3.3 Các phổ GI-XRD màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh góc tới (a) 2,0 độ (b) 3,5 độ Mẫu lí thuyết BaSi2 cấu trúc trực thoi hiển thị để so sánh Hình 3.4 cho thấy đặc tính quang học bao gồm phổ (a) T, (b) R, (c) A màng BaSi2 bay đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh te khác Có thể thấy từ hình 3.4(a) rằng, vùng bước sóng dài (> 1800 nm), lượng photon tới thấp gần với lượng vùng cấm màng BaSi2 đế Ge, photon tới dễ dàng xuyên qua màng, dẫn đến độ truyền qua cao Ngược lại, lượng ánh sáng tới vùng có bước sóng ngắn so sánh với độ rộng vùng cấm màng BaSi2 đế Ge Kết là, khả giam hãm ánh sáng tăng lên đáng kể truyền qua ánh sáng tới bị triệt tiêu Có thể nhìn thấy rõ ràng tính chất quang học màng BaSi2 có te = 10 phút gần giống màng BaSi2 lắng đọng đế phẳng Điều cho thấy việc điều chỉnh đế với thời gian ăn mịn ngắn khơng có tác dụng làm giảm phản xạ ánh sáng tăng khả hấp thụ màng BaSi2 Ngược lại, R A màng lắng đọng đế điều chỉnh với te = 15 phút 20 phút thấp cao so với màng lắng đọng đế phẳng Điều cho thấy hiệu ứng giam hãm ánh sáng hoạt động tốt te ≥ 15 phút 18 g an aN cD ho D Hình 3.4 Các phổ (a) độ truyền qua T, (b) độ phản xạ R, (c) độ hấp thụ A; (d) phụ thuộc Jsc lí thuyết vào thời gian ăn mòn đế Ge, te, màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh Hình 3.4(d) cho thấy phụ thuộc vào te mật độ dịng ngắn mạch lí thuyết Jsc màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh Jsc lí thuyết màng BaSi2 có te = 10 phút gần giống màng BaSi2 đế phẳng, đạt giá trị ~ 35 mA/cm2 Ngược lại, Jsc lí thuyết màng lắng đọng đế Ge điều chỉnh với te = 15 20 phút ~ 48 49 mA/cm2, cao nhiều so với màng khác Điều cho thấy tiềm to lớn màng BaSi2 đế điều chỉnh với te ≥ 15 phút việc cải thiện dòng điện cực đại pin mặt trời làm từ BaSi2 đế Ge điều chỉnh Hình 3.5 cho thấy đường cong phân rã quang dẫn màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh với te khác mật độ photon (a) 1,1×1015 cm-2 (b) 1,1×1014 cm-2 Thời gian sống hạt tải không τ thể đường đứt nét hình 3.5 Sự phụ thuộc τ vào thời gian ăn mòn te hai mật độ photon thể hình 3.5(c) Có thể thấy τ màng BaSi2 đế Ge điều chỉnh dài so với màng đế Ge phẳng hai loại mật độ photon, cho thấy chất lượng tinh thể màng BaSi2 đế Ge điều chỉnh tốt so với màng BaSi2 đế Ge phẳng Tập trung vào đế Ge điều chỉnh, τ tăng lên theo te lên đến 15 phút sau giảm te 20 phút Xu hướng giống hai loại mật độ photon phù hợp với phân tích chất lượng màng trình bày phần Ở mật độ photon thấp hơn, τ ngắn tất màng, cho thấy màng có mật độ khuyết tật cao tái tổ hợp SRH chiếm ưu Vì mật độ khuyết tật định, τ tăng mật độ photon tăng lên Ở te = 15 phút mật độ photon 1,1×1015 cm-2, τ đạt giá trị 3,17 μs Giá trị giá trị cao thu màng mỏng BaSi2 (bề dày < 300 nm) bốc bay đế khác Những kết cho thấy điều chỉnh bề mặt đế Ge có tác động tích cực thời gian ăn mòn 15 phút điều kiện tối ưu để thu màng BaSi2 với chất lượng tinh thể tốt đặc tính quang học đáp ứng yêu cầu ứng dụng pin mặt trời màng mỏng 19 cD ho D Hình 3.5 Các đường cong phân rã quang dẫn màng BaSi2 lắng đọng đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh mật độ photon (a) 1,1×1015 cm-2 (b) 1,1×1014 cm-2 Các đường đứt nét dùng để xác định thời gian sống hạt tải không τ (b) Sự phụ thuộc τ vào thời gian ăn mịn te hai mật độ photon 1,1×1015 cm− 1,1×1014 cm− g an aN 3.4 Kết luận Chúng lắng đọng thành công màng BaSi2 cấu trúc trực thoi dày 200 nm đế Ge phẳng đế Ge điều chỉnh phương pháp bốc bay 500 oC Ở thời gian ăn mòn ngắn (dưới 15 phút), việc điều chỉnh đế có tác động không đáng kể việc cải thiện chất lượng tinh thể tính chất quang học màng BaSi2 so với việc sử dụng đế Ge phẳng Khi te = 15 phút, chất lượng tinh thể tính chất quang học cải thiện đáng kể Thời gian sống hạt tải không thu te = 15 phút 3,17 μs, giá trị cao báo cáo màng mỏng BaSi2 Khi te > 15 phút, chất lượng tinh thể màng BaSi2 bị suy giảm tính chất quang học cải thiện Do đó, te = 15 phút chọn làm điều kiện tối ưu để điều chỉnh bề mặt đế Ge Các kết thu nghiên cứu khẳng định màng mỏng BaSi2 bốc bay đế Ge điều chỉnh chất hấp thụ đầy hứa hẹn cho ứng dụng pin mặt trời màng mỏng 20 g an aN cD ho D CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO DÂY NANO TRÊN ĐẾ Si BẰNG PHƯƠNG PHÁP HOÁ HỌC ĐƠN GIẢN VỚI THỜI GIAN CHẾ TẠO RẤT NGẮN 4.1 Giới thiệu Các nghiên cứu chế tạo phát triển dây Si trải qua 60 năm kể từ xuất lần lĩnh vực Treuting and Arnold vào năm 1957 Tính đến có nhiều phương pháp sử dụng như: lắng đọng pha hoá học (Chemical Vapor Deposition – CVD), nung môi trường phản ứng (Annealing in Reactive Atmosphere), bốc bay oxit silic (Evaporation of SiO), epitaxy chùm phân tử (MBE), cắt/đốt lade (Laser Ablation), kĩ thuật dựa dung dịch (Solution-Based Techniques), Trong phương pháp trên, kĩ thuật dựa dung dịch tạo dây nano Si với suất cao xem phương pháp chế tạo dây Si hiệu mặt chi phí khơng cần đến thiết bị giá cao, chế tạo nhiệt độ phòng áp suất khí Chiều dài, đường kính tính chất dây Si phụ thuộc vào loại dung dịch chất xúc tác sử dụng 4.2 Thí nghiệm 4.2.1 Chế tạo dây nano Si trực tiếp đế Si (100) phương pháp MACE Đế Si (100) pha tạp loại P với điện trở suất ρ = 1–5 Ω.m sau cắt thành nhiều mảnh nhỏ rửa theo quy trình bốn bước gồm axeton, nước khử ion, dung dịch HF 5% nước khử ion Sau đó, dây Si tạo trực tiếp đế Si rửa phương pháp MACE gồm bước: Đế Si nhúng vào hỗn hợp dung dịch H2O:HF 46%:AgNO3 (40 ml:10 ml:0,12 g) để phủ lớp Ag bề mặt → Đế Si sau phủ Ag nhúng vào dung dịch ăn mịn hố học Đó hỗn hợp dung dịch HF 46%: H2O2 30%:H2O (20 ml:1,4 ml:80 ml) Thời gian ăn mòn thay đổi từ đến phút → Rửa đế Si sau ăn mịn hố học với nước khử ion lần → Nhúng đế Si vào dung dịch HNO3 70% 10 phút để loại bỏ lớp Ag bề mặt → Đế Si nhúng vào dung dịch HF 5% phút để loại bỏ lớp oxit bước trước tạo → Rửa đế Si với nước khử ion lần Lưu ý tất bước trình MACE tiến hành nhiệt độ phịng áp suất khí Kết q trình dây nano Si tạo thành 4.2.2 Thử nghiệm phương pháp MACE đế Ge (100) Sau chế tạo thành công dây nano Si thời gian ngắn phương pháp MACE với bước hố chất đơn giản, quy trình thử nghiệm với đế bán dẫn khác Ge (100) Các bước thí nghiệm giống hệt phần 4.1 thay đế Si (100) đế Ge (100) 4.2.3 Các phương pháp khảo sát dây Si Ge Hình thái bề mặt cắt ngang, chiều dài dây nano quan sát SEM Tính chất kết tinh dây nano Si đo máy nhiễu xạ tia X máy đo phổ Raman Để khảo sát tính chất quang, máy đo phổ JASCO Ubest V-570 dùng đèn halogen sử dụng để đo độ truyền qua T độ phản xạ R dây Si Từ đó, độ hấp thụ A tính công thức A = – R – T 4.3 Kết thảo luận Hình 4.1 cho thấy hình ảnh SEM chụp từ xuống chụp cắt ngang dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mịn hố học ngắn, thay đổi từ đến phút Chiều dài dây Si tỉ lệ thuận với thời gian ăn mịn đường kính chúng dao động từ 50÷ 100 nm Đường kính dây Si chịu ảnh hưởng trực tiếp từ kích thước hạt Ag lớp Ag phủ Ứng với thời gian ăn mòn ≥ phút, tượng kết bó xuất chiều dài dây lớn nhiều (hơn 25 lần) so với đường kính chúng Các kết thu từ hình ảnh SEM cho thấy dây nano Si chế tạo thành công phương pháp MACE đơn giản 21 g an aN cD ho D Hình 4.2 4.3 hình ảnh nhiễu xạ tia X phổ Raman dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mịn hố học thay đổi từ đến phút Các kết cho thấy dây Si chế tạo dạng kết tinh có định hướng giống với đế Si (100) Thời gian ăn mịn khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng kết tinh định hướng dây nano Si Kết đo phổ độ hấp thụ A dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mịn hố học thay đổi từ đến phút thể hình 4.4 A tăng tăng thời gian ăn mòn dây Si Điều dể hiểu dây Si dài khả giam hãm, làm tán xạ chùm photon tới cao Các kết cho thấy dây nano Si nghiên cứu có tính ưu việt so với nghiên cứu công bố mặt thời gian chế tạo đảm bảo chất lượng kết tinh tính chất quang học nhằm ứng dụng chế tạo pin mặt trời, thiết bị quang điện tử, Điều hỗn hợp dung dịch phủ lớp Ag dung dịch ăn mịn hố học sử dụng nghiên cứu có khác biệt đáng kể nồng độ, thành phần so với nghiên cứu trước Kết mở tiềm chế tạo dây nano Si quy mơ rộng lớn Hình 4.1 Hình ảnh SEM chụp (a) từ xuống (b) cắt ngang dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mòn hoá học thay đổi từ đến phút 22 Hình 4.3 Phổ Raman dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mịn hố học thay đổi từ đến phút Hình 4.2 Hình ảnh nhiễu xạ tia X dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mịn hố học thay đổi từ đến phút cD ho D Hình 4.4 Phổ hấp thụ dây Si chế tạo trực tiếp đế Si (100) với thời gian ăn mòn hoá học thay đổi từ đến phút g an aN Dựa kết thu từ dây nano Si, thử nghiệm với đế Ge (100) Các kết quan sát đế Ge thử nghiệm phương pháp MACE với thời gian ăn mịn hố học khác lớn, thay đổi từ đến 20 phút khác biệt hình thái học bề mặt đế Ge khơng nhiều dây nano Ge không tạo thành Điều chứng tỏ phương pháp MACE áp dụng đế Si không áp dụng với đế Ge để tạo dây nano Ge Nguyên nhân chủ yếu Ge phản ứng chậm với axit HF Để áp dụng phương pháp MACE đế Ge, dung dịch ăn mịn hố học cần thay đổi thành phần axit (ví dụ sử dụng HCl HNO3 thay cho HF) Tuy nhiên, quy trình thực nghiệm cần nhiều bước thử nghiệm tiến hành nghiên cứu 4.4 Kết luận Dây nano Si chế tạo thành công trực tiếp đế Si (100) phương pháp hoá học đơn giản nhiệt độ phịng áp suất khí Các kết thực nghiệm cho thấy, độ dài độ hấp thụ dây nano Si tăng theo thời gian nhúng dung dịch ăn mịn hố học Tuy nhiên, thời gian ăn mịn khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng dây nano Si Phương pháp MACE thử nghiệm đế Ge (100) không thành công Để chế tạo dây nano Ge cần dùng dung dịch ăn mòn hoá học khác thử nghiệm phương pháp khác 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Trong q trình thực đề tài chúng tơi thu số kết sau: Đã khảo sát tổng quan vật liệu BaSi2, vật liệu có tiềm ứng dụng to lớn, thay vật liệu Si truyền thống ứng dụng pin mặt trời; Đã chế tạo thành công màng mỏng BaSi2 đế Si Ge, sử dụng kĩ thuật để điều chỉnh đế trước lắng đọng màng; Đã phân tích cấu trúc tinh thể, tính chất quang điện màng mỏng BaSi2 đế Si Ge điều chỉnh, so sánh với màng đế phẳng, dựa vào kết đo SEM, hiệu ứng Hall, phổ Raman, XRD, µ-PCD, hồi đáp quang học, truyền qua, phản xạ, hấp thụ,… Các kết thu cho thấy màng mỏng BaSi2 bốc bay đế Si Ge điều chỉnh chất hấp thụ đầy hứa hẹn cho ứng dụng pin mặt trời màng mỏng tương lai; Đã tối ưu hoá điều kiện điều chỉnh đế Si Ge để thu màng mỏng BaSi2 đế có cấu trúc tinh thể, tính chất quang điện tốt nhất; Đã chế tạo thành công dây nano Si trực tiếp đế Si (100) phương pháp hoá học đơn giản nhiệt độ phịng áp suất khí Đây bước đầu để chế tạo dây nano BaSi2 nghiên cứu tiếp theo; Các sản phẩm đề tài đáp ứng hợp đồng D g an aN cD ho KIẾN NGHỊ Do thời gian phạm vi đề tài nghiên cứu có hạn, thơng qua kết đề tài, mong muốn đề tài phát triển rộng số vấn đề sau: - Nghiên cứu, chế tạo pin mặt trời màng mỏng BaSi2 đơn đa tiếp xúc đế Si Ge điều chỉnh - Nghiên cứu, chế tạo pin mặt trời màng mỏng BaSi2 cấu trúc đồng thể - Nghiên cứu thêm nhiều ứng dụng khác BaSi2 24 ... nhằm thay vật liệu silic truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời? ?? Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu BaSi2 nhằm thay vật liệu Si truyền thống chế tạo pin lượng mặt trời - Khảo sát... tài tài liệu tham khảo hữu ích cho cán bộ, sinh viên, cao học viên, nghiên cứu sinh, nhà nghiên cứu thực nghiệm pin lượng mặt trời sử dụng vật liệu thay vật liệu truyền thống, hướng nghiên cứu thu... lí tưởng 1,4 eV Bari đisilic (BaSi2) có đủ tính chất vật liệu đầy hứa hẹn thay Si chế tạo pin mặt trời màng mỏng Việc nghiên cứu tính chất vật liệu BaSi2 ứng dụng chế tạo pin mặt trời cịn mẻ hạn