5. Bố cục của luận văn gồm
2.3.2. Mô tả chi tiết các bước chế tạo
a. Chuẩn bị đế phún xạ:
Trong bước này phiến đế thạch anh được cắt thành các hình vuông có diện tích 1 cm x 1 cm, được đánh sạch bề mặt, tráng sạch nước bằng nước cất 2 lần.
- Lớp dầu, mỡ bám trên bề mặt phiến được tẩy bằng cách ngâm phiến vào trong dung dịch HNO3 với nồng độ 65% trong thời gian 15 phút.
- Ngâm rửa phiến đế thạch anh trong nước siêu cất 2 lần trong thời gian 5 phút. - Quay khô bằng máy quay ly tâm.
- Đặt phiến đế thạch anh trong cốc đựng nước cất 2 lần rồi rung siêu âm trong 15 phút ở nhiệt độ phòng làm bong các bụi bẩn bám trên phiến đế thạch anh.
- Dùng dung dịch Acetone (C3H6O) nhỏ giọt trên phiến đế thạch anh, sau đó dùng giấy lau kính thấm khô dung dịch Acetone (C3H6O) trên bề mặt phiến đế thạch anh.
- Gắn phiến đế thạch anh vào gá mẫu cần phún xạ trong buồng chân không.
b. Chuẩn bị bia và hút chân không buồng phún xạ
- Bia SiO2 và Si được gắn vào súng RF. - Bia Ge được gắn vào súng DC.
- Buồng phún xạ được hút chân không tới khoảng 10-6 Torr.
c. Điều chỉnh công suất và thiết lập thời gian phún xạ
- Quá trình phún xạ được thiết lập trong môi trường khí trơ Ar tại áp suất 5 mT. Xử lý nhiệt
Tiến hành phún xạ Điều chỉnh công suất và thiết lập thời gian phún xạ.
Chuẩn bị bia và hút chân không buồng phún xạ.
- Công suất phún xạ của Si được điều khiển lần lượt 88, 71, 54, và 37 W, công suất phún xạ của Ge lần lượt là 2.9W, 5.9W, 8.8W, và 11.3W, công suất bia SiO2 giữ nguyên ở 200W trong tất cả các trường hợp. Thời gian phún xạ là 70 phút cho một mẫu.
d. Tiến hành phún xạ
- Sau khi đạt được chân không cao, buồng phún xạ được đưa khí trơ Ar vào thông qua một van chân không, quá trình phún xạ được tiến hành ở áp suất khí ổn định tại 5 mTorr.
- Trong quá trình phún xạ, gá gắn phiến đế Thạch anh hoặc Si được làm mát bằng nước và luôn được quay tròn với tốc độ khoảng 10 vòng/phút.
- Khoảng cách từ các bia Si, Ge và SiO2 đến phiến đế thạch anh hoặc Si giữ không đổi tại 10 cm. Độ dày của màng mỏng có thể điều khiển được thông qua công suất phún xạ và thời gian phún xạ mẫu, tùy thuộc vào thời gian phún xạ.
e. Xử lý nhiệt
Quá trình xử lý nhiệt (ủ mẫu) được thực hiện ngay sau phún xạ đóng một vai trò rất quan trọng đối với sự kết tinh của mẫu. Trong các nghiên cứu của chúng tôi, hệ mẫu sau khi đồng phún xạ ca tốt, các màng mỏng được đưa đi ủ nhiệt trong môi trường khí N2 ở 3 nhiệt độ ủ khác nhau là 6000C, 8000C và 10000C với khoảng thời gian ủ là 30 phút.
Thông tin về thành phần và độ dày của các mẫu màng mỏng sau quá trình chế tạo được thống kê và trình bày như trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Bảng mẫu vật liệu Si1-xGex được chế tạo bằng phương pháp đồng phún xạ catốt
Mẫu Nồng độ x
Thành phần vật liệu trong mẫu (%) Độ dày màng phún xạ (nm)
Si Ge SiO2
M1 0,2 25,9 6,5 67,6 750
M3 0,6 13,0 19,4 67,6 750
M4 0,8 6,5 25,9 67,6 750
2.3.3. Quy trình chế tạo pin mặt trời trên cơ sở Si và Ge
Các pin mặt trời đuợc chúng tôi chế tạo trên hệ máy phún xạ AJA ATC ORION tại Viện AIST, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Màng mỏng SiGe loại p được bốc bay lên đế Si loại n bằng phương pháp đồng phún xạ ca tốt từ 2 bia Si và Ge loại tinh khiêt 5N. Điện cực nhôm và lớp ITO được bốc bay bằng bia Al và ITO tinh khiết. Điện cực bạc được chế tạo bằng phương pháp in lưới.
Sơ đồ quy trình
* Bước 1: Làm sạch bề mặt các tấm bán dẫn Si loại n theo tiêu chuẩn. Các tế bào năng lượng mặt trời đã được chế tạo từ Si tấm mỏng loại n, định hướng (100).
- Đầu tiên, các tấm Si được cắt thành các tấm vuông với chiều dài của các cạnh từ 5 ÷ 8 cm;
- Tiếp theo, tấm Si được xử lý bằng acetone, H2SO4, HNO3, HF để loại bỏ các lớp oxit tự nhiên của Si và bụi trên bề mặt;
- Cuối cùng, các tấm Si được rửa bằng nước khử ion.
* Bước 2: Dùng phương pháp phún xạ ca-tốt để tạo ra 1 lớp màng mỏng SiGe loại p dày 20 nm lên trên các 1 tấm Si đã làm sạch. Độ dày và thành phần của các lớp hợp kim được kiểm soát bởi công suất phún xạ.
- Bia Si được đặt ở súng RF; - Bia Ge được lắp ở súng DC;
- Thời gian phún xạ tự động đặt trong 3 phút.
* Bước 3: Dùng tiếp phương pháp phún xạ ca-tốt để tạo thêm 1 lớp ITO phủ lên trên để tạo lớp dẫn điện, đồng thời cũng đóng vai trò của lớp chống phản xạ, tăng cường khả năng hấp thụ của pin mặt trời.
- Bia ITO được lắp trên súng DC; - Công suất phún xạ là 100 W; - Thời gian phún xạ là 20 phút.
* Bước 4: Dùng tiếp phương pháp phún xạ ca-tốt để tạo điện cực nhôm phía dưới. - Bia nhôm được lắp vào súng DC;
- Công suất phún xạ là 100 W; - Thời gian phún xạ 20 phút.
* Bước 5: Dùng phương pháp in lưới để tạo điện cực bạc. Mặt nạ được thiết kế và chế tạo có cấu trúc hình xương cá với trục chính có độ rộng 2 mm, các nhánh xương có độ rộng 1 mm.
- Keo bạc được phết lên lưới in tạo điện cực;
- Sau khi điện cực được phủ, toàn bộ linh kiện được ủ ở nhiệt độ 2500C tạo sự gắn kết của keo bạc;
- Trong quá trình phún xạ, đế phún xạ được làm mát bằng nước và được quay với tốc độ khoảng 7-10 vòng/phút;
- Plasma được tạo ra từ nguồn khí Argon tinh khiết, loại 5N, thiết lập tại áp suất 5 mTorr;
- Áp suất cơ bản trước khi phún xạ là 5.10-6 Torr; - Khoảng cách từ nguồn đến bia là 10 cm.
Cấu trúc sơ đồ của pin mặt trời đã chuẩn bị được minh họa trong Hình 2.10
Chương 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN