Khi tiến hành thủy nhiệt màng ZnO:Al ở 80 oC, thời gian thủy nhiệt 120 phút, thay đổi nồng độ pha tạp Al từ 0-3%, kích thước và mật độ của cấu trúc nanorod thay đổi thể hiện ở hình 3.11.
Hình 3.11: Ảnh SEM của các cấu trúc ZnO:Al nanorod với các
nồng độ Al từ 0% đến 3%.
Hình 3.12: Mật độ rod thay đổi theo nồng độ pha tạp Al.
Từ hình 3.11 và hình 3.12 cho thấy khi nồng độ pha tạp Al tăng lên thì chiều dài của thanh nanorod tăng, nhưng mật độ của thanh nanorod trên đế giảm. Kích thước của các rod thay đổi không đáng kể.
2.Giản đồ nhiễu xạ tia X
Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của cấu trúc ZnO:Al nanorod (0%-3%) Hình 3.13 thể hiện giản đồ nhiễu xạ tia X của các cấu trúc ZnO nanorod với các nồng độ pha tạp Al từ 0% đến 3%. Giản đồ cho thấy, khi không pha tạp Al thì có đỉnh (002) có cường độ lớn nhất. Điều này thể hiện mẫu có sự định hướng mạnh theo trục c. Khi pha tạp 1% Al thì cường độ đỉnh (002) vẫn có giá trị lớn và các đỉnh còn lại có giá trị cường độ giảm. Khi nồng độ Al tăng lên 2% và 3% thì cường độ các đỉnh nhiễu xạ giảm mạnh. Điều này cho thấy, Al đã tham gia vào cấu trúc của ZnO nanorod.
3.Phổ truyền qua quang học
Hình 3.14. Phổ truyền qua quang học của các cấu trúc ZnO:Al nanorod.
Phổ truyền qua quang học của các cấu trúc ZnO nanorod pha tạp Al với các nồng độ từ 0% đến 3% được thể hiện ở hình 3.14. Khi nồng độ tạp chất Al ảnh hưởng mạnh đến độ truyền qua quang học của cấu trúc ZnO nanorod.
Trong đó, cấu trúc ZnO nanorod pha tạp 3% Al có độ truyền qua cao nhất, độ truyền qua trung bình lên tới 95.69%.
4.Đặc trưng I-V
4.1 Đường đặc trưng I-V của cấu trúc ZnO:Al nanorod trên đế thủy tinh
Hình 3.15.
(a)Đường đặc trưng I-V của các cấu trúc ZnO nanorod pha tạp Al 0%
đến 3%.
(b) Sự phụ thuộc của điện trở vào nồng độ pha tạp Al lên cấu trúc ZnO nanorod
Độ dẫn điện của các mẫu được đánh giá thông qua đường đặc trưng I-V được trình bày trên hình 3.15a. Các điện cực được chuẩn bị bằng keo bạc.
Hình 3.15(a) chỉ ra rằng, các đường đặc trưng I-V là tuyến tính. Vì vậy, các điện cực thể hiện tính Ohmic. Kết quả khảo sát hình 3.15b cho thấy, cấu trúc ZnO pha tạp 1% Al có độ dẫn điện là tốt nhất. Đây là tiền đề cho các khảo sát sâu hơn về đặc trưng I-V, từ đó xác định được khả năng dẫn điện (thông qua điện trở) của cấu trúc ZnO nanorod.
Hình 3.16. Đặc trưng I-V của cấu trúc ZnO:Al nanorod phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng.
Hình 3.17. Sự phụ thuộc của điện trở vào cường độ chiếu sáng.
- Cấu trúc ZnO nanorod pha tạp 1%Al được chọn để khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng chiếu tới đến tính chất điện của cấu trúc.
- Hình 3.16 cho thấy cường độ ánh sáng chiếu tới càng tăng thì điện trở của cấu trúc càng giảm, độ dẫn điện càng cao. Đồ thị hình 3.17 thể hiện rõ hơn sự giảm dần của điện trở khi cường độ chiếu sáng tăng lên tuân theo quy luật hàm số mũ. Giá trị điện trở giảm dần tới giá trị Điều này phù hợp với tính chất của vật liệu bán dẫn.
- Các kết quả khảo sát chỉ ra rằng, khi nồng độ tạp chất Al thay đổi thì các tính chất quang và tính chất điện của cấu trúc ZnO nanorod thay đổi.
Cấu trúc ZnO:Al nanorod với nồng độ tạp chất 3% có độ truyền qua quang học là cao nhất
- Tuy nhiên, cấu trúc ZnO:Al nanorod với nồng độ tạp chất 1% Al có độ truyền qua khoảng 85%, độ dẫn điện tốt nhất khi thủy nhiệt ở nhiệt độ 800C, nồng độ thủy nhiệt 20mM nên phù hợp với yêu cầu trong chế tạo pin mặt trời.
4.2. Đường đặc trưng I-V của cấu trúc ZnO:Al nanorod trên đế p-Si
Để khảo sát khả năng ứng dụng của cấu trúc ZnO:Al nanorod trong việc chế tạo pin mặt trời và đèn LED, lớp tiếp xúc dị thể p-Si/n-ZnO:Al nanorod đã được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt. Đường đặc trưng I-V của cấu trúc ZnO: Al nanorod được thể hiện trên hình 3.18.
Hình 3.18. Đặc trưng I-V của ZnO: Al nanorod trên đế Silic khi nồng độ pha tạp Al thay đổi
Đặc trưng I-V của lớp tiếp xúc dị thể p-Si/n-ZnO:Al nanorod thể hiện tính chỉnh lưu của điốt. Khi nồng độ tạp chất tăng lên, trong chế độ đo phân cực thuận, giá trị dòng điện tăng.
Dòng điện qua lớp tiếp xúc p-n tuân theo quy luật hàm mũ:
−
= exp( ) 1
kT I eV
I s
Trong đó: Is là dòng bão hòa Cường độ dòng điện (
k là hằng số Boltzman T là nhiệt độ tuyệt đối
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của Is và Vmở của ZnO:Al nanorod trên đế silic vào nồng độ tạp chất Al
Sự tăng nồng độ tạp chất Al làm tăng nồng độ hạt tải nên độ dẫn điện tăng dẫn đến dòng điện bão hòa (Is) sẽ tăng, đồng thời hiệu điện thế mở (Vmở) sẽ giảm như trình bày trên hình 3.19.
Các kết quả khảo sát chỉ ra rằng, khi nồng độ tạp chất Al thay đổi thì các tính chất cấu trúc, quang và điện của cấu trúc ZnO:Al nanorod thay đổi. Cấu trúc ZnO:Al nanorod trên đế thủy tinh với nồng độ tạp chất 1% Al có độ dẫn điện tốt nhất. Dòng điện trong phân cực thuận của lớp tiếp xúc dị thể tăng khi nồng độ tạp chất Al tăng. Việc thử nghiệm chế tạo lớp chuyển tiếp dị thể cho thấy, lớp tiếp xúc p-n đã được hình thành và có đặc tính chỉnh lưu cao.