NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NHIỆT LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG OXIT ĐỒNG CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG ĐƠN LỚP NGUYÊN TỬ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

Nguyễn Ngọc Minh; Trần Vũ Hùng Anh; Hồ Quốc Việt; Nguyễn Duy Cường; Nguyễn Viết Hương

doi:10.34238/tnu-jst.10446

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NHIỆT LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG MỎNG OXIT ĐỒNG CHẾ TẠO BẰNG CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG ĐƠN LỚP NGUYÊN TỬ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 24/05/24 Ngày hoàn thiện: 10/07/24 Ngày đăng: 11/07/24

Các tác giả

1. Nguyễn Ngọc Minh, 1) Trường Đại học Phenikaa, 2) Trường Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội
2. Trần Vũ Hùng Anh, Trường Đại học Phenikaa
3. Hồ Quốc Việt, Trường Đại học Phenikaa
4. Nguyễn Duy Cường , Trường Vật liệu - Đại học Bách khoa Hà Nội
5. Nguyễn Viết Hương, Trường Đại học Phenikaa

Tóm tắt

Màng mỏng bán dẫn oxit đồng là vật liệu có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm chuyển đổi và lưu trữ năng lượng, cảm biến khí, và xúc tác. Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày các đặc trưng của màng mỏng CuO được chế tạo bằng công nghệ ALD - lắng đọng đơn lớp nguyên tử ở áp suất khí quyển sử dụng tiền chất Cu(II) acetylacetonate và ozone, cũng như khảo sát ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt lên các tính chất của màng. CuO được lắng đọng thành công trên đế thạch anh và đế SiO₂/Si với tốc độ lắng đọng 0,049 nm/chu kỳ ALD. Quá trình xử lý nhiệt trong môi trường không khí ở nhiệt độ 600 °C giúp cải thiện độ tinh thể hóa của màng mỏng CuO. Đặc biệt, màng mỏng CuO được chuyển đổi thành pha Cu₂O qua quá trình nung ủ ở 600 °C trong môi trường N₂. Các kết quả từ phép đo Hall cho thấy, màng mỏng Cu₂O mang đặc tính bán dẫn loại p, với độ linh động μ = 9,1 ×10^-3[cm²V^-1s^-1] và mật độ lỗ trống p = 4,46 ×10¹⁸ [cm^-3]. Cùng với đó độ truyền qua của màng tăng từ 10–20% so với màng mỏng ban đầu. Điều này cho thấy, Cu₂O là vật liệu hứa hẹn cho lớp chuyển tiếp lỗ trống trong pin mặt trời màng mỏng, trong khi đó CuO có thể được sử dụng để làm lớp hấp thụ ánh sáng trong tế bào quang điện.

Từ khóa

CuO; Cu2O; Lắng đọng đơn lớp nguyên tử; Bán dẫn loại p; Nung ủ

Toàn văn:

PDF

Tài liệu tham khảo

[1] A. Sekkat et al., “Open-air printing of Cu₂O thin films with high hole mobility for semitransparent solar harvesters,” Commun Mater, vol. 2, no. 1, pp. 1–10, Jul. 2021, doi: 10.1038/s43246-021-00181-8.

[2] A. Lakshmanan, Z. C. Alex, and S. R. Meher, “Recent advances in cuprous oxide thin film based photovoltaics,” Materials Today Sustainability, vol. 20, p. 100244, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.mtsust.2022.100244.

[3] M.-J. Dai et al., “Transparent Conductive p-Type Cuprous Oxide Films in Vis-NIR Region Prepared by Ion-Beam Assisted DC Reactive Sputtering,” Coatings, vol. 10, no. 5, p. 473, May 2020, doi: 10.3390/coatings10050473.

[4] J.-D. Kwon et al., “Controlled growth and properties of p-type cuprous oxide films by plasma-enhanced atomic layer deposition at low temperature,” Applied Surface Science, vol. 285, pp. 373–379, Nov. 2013, doi: 10.1016/j.apsusc.2013.08.063.

[5] H. Siddiqui, M. S. Qureshi, and F. Z. Haque, “Valuation of copper oxide (CuO) nanoflakes for its suitability as an absorbing material in solar cells fabrication,” Optik, vol. 127, no. 8, pp. 3713–3717, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.ijleo.2015.12.133.

[6] T. Dimopoulos et al., “Photovoltaic properties of thin film heterojunctions with cupric oxide absorber,” Journal of Renewable and Sustainable Energy, vol. 5, no. 1, p. 011205, Jan. 2013, doi: 10.1063/1.4791779.

[7] B. K. Meyer et al., “Binary copper oxide semiconductors: From materials towards devices,” Physica Status Solidi (b), vol. 249, no. 8, pp. 1487–1509, Aug. 2012, doi: 10.1002/pssb.201248128.

[8] C. Zuo and L. Ding, “Solution-Processed Cu ₂ O and CuO as Hole Transport Materials for Efficient Perovskite Solar Cells,” Small, vol. 11, no. 41, pp. 5528–5532, Nov. 2015, doi: 10.1002/smll.201501330.

[9] Y. Yang, D. Xu, Q. Wu, and P. Diao, “Cu2O/CuO Bilayered Composite as a High-Efficiency Photocathode for Photoelectrochemical Hydrogen Evolution Reaction,” Sci. Rep., vol. 6, no. 1, Art. no. 1, Oct. 2016, doi: 10.1038/srep35158.

[10] M. R. A. Cruz, D. Sanchez-Martinez, and L. M. Torres-Martínez, “CuO thin films deposited by DC sputtering and their photocatalytic performance under simulated sunlight,” Materials Research Bulletin, vol. 122, p. 110678, Feb. 2020, doi: 10.1016/j.materresbull.2019.110678.

[11] S. Dolai, R. Dey, S. Das, S. Hussain, R. Bhar, and A. K. Pal, “Cupric oxide (CuO) thin films prepared by reactive d.c. magnetron sputtering technique for photovoltaic application,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 724, pp. 456–464, Nov. 2017, doi: 10.1016/j.jallcom.2017.07.061.

[12] M. F. Al-Kuhaili, “Characterization of copper oxide thin films deposited by the thermal evaporation of cuprous oxide (Cu2O),” Vacuum, vol. 82, no. 6, pp. 623–629, Feb. 2008, doi: 10.1016/j.vacuum. 2007.10.004.

[13] L. Armelao, D. Barreca, M. Bertapelle, G. Bottaro, C. Sada, and E. Tondello, “A sol–gel approach to nanophasic copper oxide thin films,” Thin Solid Films, vol. 442, no. 1–2, pp. 48–52, Oct. 2003, doi: 10.1016/S0040-6090(03)00940-4.

[14] P. M. Jeffries and G. S. Girolami, “Chemical vapor deposition of copper and copper oxide thin films from copper(I) tert-butoxide,” Chem. Mater., vol. 1, pp. 8–10, 1989, doi: 10.1021/cm00001a004.

[15] S. Eisermann et al., “Copper oxide thin films by chemical vapor deposition: Synthesis, characterization and electrical properties,” Physica Status Solidi (a), vol. 209, no. 3, pp. 531–536, Mar. 2012, doi: 10.1002/pssa.201127493.

[16] T. Maruyama, “Copper oxide thin films prepared by chemical vapor deposition from copper dipivaloylmethanate,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 56, pp. 85–92, 1998, doi: 10.1016/S0927-0248(98)00128-7.

[17] A. Sekkat et al., “Chemical deposition of Cu₂O films with ultra-low resistivity: correlation with the defect landscape,” Nat. Commun., vol. 13, no. 1, Art. no. 1, Sep. 2022, doi: 10.1038/s41467-022-32943-4.

[18] T. Iivonen et al., “Low-temperature atomic layer deposition of copper(II) oxide thin films,” Journal of Vacuum Science & Technology A, vol. 34, no. 1, p. 01A109, Jan. 2016, doi: 10.1116/1.4933089.

[19] B. Macco and W. M. M. (Erwin) Kessels, “Atomic layer deposition of conductive and semiconductive oxides,” Applied Physics Reviews, vol. 9, no. 4, p. 041313, Dec. 2022, doi: 10.1063/5.0116732.

[20] D. Muñoz-Rojas et al., “Spatial Atomic Layer Deposition (SALD), an emerging tool for energy materials. Application to new-generation photovoltaic devices and transparent conductive materials,” Comptes Rendus Physique, vol. 18, pp. 391–400, 2017, doi: 10.1016/j.crhy.2017.09.004.

[21] M. E. Alnes, E. Monakhov, H. Fjellvåg, and O. Nilsen, “Atomic Layer Deposition of Copper Oxide using Copper(II) Acetylacetonate and Ozone,” Chem. Vap. Deposition, vol. 18, no. 4–6, pp. 173–178, Jun. 2012, doi: 10.1002/cvde.201106959.

[22] V. H. Nguyen et al., “Atmospheric atomic layer deposition of SnO₂ thin films with tin (ii) acetylacetonate and water,” Dalton Trans., vol. 51, no. 24, pp. 9278–9290, 2022, doi: 10.1039/D2DT01427K.

[23] T. P. Plateau, “A cheap way to develop absorber layer of solar cell using CuO thin film,” in 2017 4th International Conference on Advances in Electrical Engineering (ICAEE), Dhaka: IEEE, Sep. 2017, pp. 415–420, doi: 10.1109/ICAEE.2017.8255392.

[24] R. Shabu, A. Moses Ezhil Raj, C. Sanjeeviraja, and C. Ravidhas, “Assessment of CuO thin films for its suitablity as window absorbing layer in solar cell fabrications,” Materials Research Bulletin, vol. 68, pp. 1–8, Aug. 2015, doi: 10.1016/j.materresbull.2015.03.016.

[25] Y. Cao et al., “Towards high efficiency inverted Sb2Se3 thin film solar cells,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 200, p. 109945, Sep. 2019, doi: 10.1016/j.solmat.2019.109945.

[26] M. A. Rafea and N. Roushdy, “Determination of the optical band gap for amorphous and nanocrystalline copper oxide thin films prepared by SILAR technique,” J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 42, no. 1, p. 015413, Jan. 2009, doi: 10.1088/0022-3727/42/1/015413.

[27] W. Maeng, S.-H. Lee, J.-D. Kwon, J. Park, and J.-S. Park, “Atomic layer deposited p-type copper oxide thin films and the associated thin film transistor properties,” Ceramics International, vol. 42, no. 4, pp. 5517–5522, Mar. 2016, doi: 10.1016/j.ceramint.2015.12.109.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.10446

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ