SnO2 có dạng bột trắng , không tan trong nước. Tỷ trọng ở 300 K là 6.95gm3 Hệ số dẫn nở nhiệt : 0.02 oC1. SnO2 là chất bán dẫn loại n, có độ rộng vùng cấm Eg = 3,6 4,3 eV. SnO2 có khả năng bền hóa học , bền cơ học rất cao, nó chỉ bị ăn mòn bởi kiềm đậm đặc.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -Viện Vật Lý Kỹ Thuật Báo cáo môn Vật liệu quang điện tiên tiến Đề tài: Ứng dụng SnO2 pin mặt trời màng mỏng Nội dung I II III IV Tổng quan SnO2 Tóm tắt – Giới thiệu Thực nghiệm Kết TỔNG QUAN VỀ SnO2 Cơ thiếc đioxit (SnO2) Cấu trúc tinh thể SnO2 Tiềm ứng dụng Cơ thiếc đioxit (SnO2) Tính chất vật lý • • • • SnO2 có dạng bột trắng , khơng tan nước Tỷ trọng 300 K 6.95g/m o -1 Hệ số dẫn nở nhiệt : 0.02 C SnO2 chất bán dẫn loại n, có độ rộng vùng cấm Eg = 3,6 -4,3 eV • SnO2 có khả bền hóa học , bền học cao, bị ăn mịn kiềm đậm đặc • Trong mạng tinh thể SnO2 tồn nhiều sai hỏng, diện nút khuyết oxi tạo điều kiện cho điên tử nguyên tử Sn thành điện tử tự do, từ hình thành hai mức donor cách đáy vùng dẫn 0,03eV 0,15eV, đạt o o trạng thái oxi hóa nhiệt độ 200 C 400 C • Độ linh động oxit SnO2 nhiệt độ 500K 300K 80 200 cm /V.s Cấu trúc tinh thể SnO2 • • SnO2 tinh thể phân cực bất đẳng hướng, có cấu trúc rutile tương tự số oxit khác (TiO2, GeO2, ) Mỗi ô đơn vị tetragonal chứa nguyên tử Sn nguyên tử oxy Bao quanh nguyên tử Sn có nguyên tử O Các nguyên tử O tạo thành hình bát diện với tâm nguyên tử Sn Liên kết nguyên tử liên kết ion mạnh • o o Thơng số mạng a=b=4,7384 A c=3,1871 A Tỉ số c/a =0,6726 • Trong cấu trúc đơn tinh thể SnO2, mặt (110) có lượng bề mặt nhỏ so với mặt (100) ,(101) , (001), ưu tiên mọc theo mặt (110) • Phân tích cấu trúc vật liệu SnO2 dùng phương pháp nhiễu xạ tia X • Trên hình bên cho ta thấy xuất đỉnh phổ với cường độ mạnh góc quét 2θ Tiềm ứng dụng • SnO2 ứng dụng rộng rãi đời sống Lớp mỏng SnO2 phủ lên cửa kính máy bay có tác dụng gia nhiệt cửa kính làm tan băng, bốc sương mù • Làm điện cực suốt đèn phát quang đèn hình máy tính, pin mặt trời Làm chất phủ bảo vệ chống ăn mòn đồ thủy tinh Được sử dụng làm chất mờ đục cơng nghệ gốm Dùng làm dị khí…v.v Ở thuyết trình chủ yếu tập trung : Ứng dụng SnO2 pin mặt trời màng mỏng SnO2 pin mặt trời màng mỏng: Đặc điểm màng SnO2 - Màng có cấu trúc tính thể định hướng ưu tiên mặt (110), (101), (211) - Là màng mỏng suốt có tính truyền qua, dẫn điện tốt, độ bền hóa học, độ bền học cao Ứng dụng làm anot pin mặt trời mảng mỏng TĨM TẮT – GiỚI THIỆU 10 Các thơng số lắng đọng film Si bao gồm: • • • • Nhiệt độ dây: 1700oC Nhiệt độ nền: 300oC Áp suất làm việc: 100 mTorr Chất phụ gia với tốc độ dòng chảy tương ứng Silane (SiH4)- sccm Phosphine (PH3, 1% H2) -18 sccm Diborane (B2H6, 1% H2) -20 sccm Các tham số tính chất lắng đọng lớp Si lớp đệm p, i, n 23 3.Hình thành điện cực ngược • Sau đặt cấu trúc p-i-n, lớp Ag dày 500 nm lớp Al dày μm trồng theo điện cực lưng cách bốc tia electron sau ủ 500°C để đạt tiếp xúc ohmic Các pin mặt trời màng Si chế tạo với cấu trúc lớp Si / SnO2 / p-i-n Si / Ag-Al kết hợp với kích thước tế bào 5x5 mm 24 KẾT QUẢ - KẾT LUẬN 25 • Tỉ lệ Cr 0.15-0.45 cho kết khắc ổn định cao • • Qúa trình ăn mịn xảy từ 60°C trở lên Phản ứng ăn mòn xảy nhanh tăng nhiệt độ, tăng nhiệt độ từ 60°C đến 100°C , vận tốc phản ứng xảy với: • A : 31,4 → 121 nm/phút B : 74,5 → 158 nm/phút C : 89,2 → 188 nm/phút Tỉ lệ Cr tăng nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng 26 • • • 1-120 giây, độ nhám RMS SnO2 trước tiên tăng lên sau giảm Giá trị RMS cao 286,3 nm thu cách sử dụng mẫu A 30 giây Khoảng thời gian từ 120-300s giá trị RMS tăng lên Nguyên nhân phá hủy bề mặt thời gian ăn mòn dài 27 28 29 • • Hình (c) (c), số lỗ nhỏ xuất hạt SnO2 tăng lên 120 giây • Các hình thái bề mặt lớp SnO2 với thời gian từ đến 300 giây phản ánh mức độ gồ ghề khác nhau, phù hợp với kết độ nhám • Dựa bề mặt nhám SnO2 khắc, 30 giây điều kiện tối ưu Đối với mẫu khắc 300 giây, kích thước lỗ tăng lên đến vài trăm nm thể hình (d) (d) 30 Để kiểm tra độ tối ưu, dùng cách màng a-Si (500nm) lắng đọng SnO khắc khơng khắc • • Khả hấp thụ ánh sáng màng cải thiện rõ rệt với màng Si đến SnO khắc Đặc biệt, với mẫu A khắc 30s có khoảng hấp thụ sáng cao mẫu khác với bước sóng từ 400-800nm 31 32 So sánh pin mặt trời p-i-n chế tạo HWCVD kính gốc đế SnO2 với lớp hấp thụ nội 500nm : Hiệu suất pin mặt trời tăng lên từ 4,04 đến 4,39% với thời gian khắc 0s đến 30s 33 34 Kết luận • • • Bề mặt SnO2 khắc thành cơng kỹ thuật ăn mịn axit • - Chỉ số tối ưu : Với kính SnO2 khắc, hiệu suất PMT đạt 4,39% Lượng Cr pha tạp, nhiệt độ, thời gian ăn mòn ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt SnO2 Cr : 0,15% t° = 90°C T = 30s 35 Tư liệu tham khảo Texture-Etched SnO2 Glasses Applied to Silicon Thin-Film Solar Cells B Stannowski, J K Rath, and R E I Schropp, “Thin-film transistors deposited by hot-wire chemical vapor deposition,” Thin Solid Films, vol 430, no 1-2, pp 220–225, 2003 S K Soni, A Phatak, and R O Dusane, “High deposition rate device quality a-Si:H films at low substrate temperature by HWCVD technique,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 94, no 9, pp 1512–1515, 2010 B Schroeder, “Status report: solar cell related research and development using amorphous and microcrystalline silicon deposited by HW(Cat)CVD,” Thin Solid Films, vol 430, no 1-2, pp 1–6, 2003 J Müller, B Rech, J Springer, and M Vanecek, “TCO and light trapping in silicon thin film solar cells,” Solar Energy, vol 77, no 6, pp 917–930, 2004….v.v 36 Cảm ơn cô bạn ý lắng nghe 37