Nghiên cứu chế tạo sợi nano silic hướng tới ứng dụng trong pin mặt trời (Bùi Thanh Tùng)

Mục tiêu của Luận án này là chế tạo ra sợi Si NWs hướng đến ứng dụng vào cấu trúc PMT đối xứng tâm. Các công việc đã được thực hiện trong Luận án là:

1. Tổng hợp hạt nano vàng hoàn toàn bằng phương pháp vật lý kết hợp giữa bốc bay tạo màng và gia nhiệt nhanh. Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt khi hạt vàng tiếp xúc với lớp bán dẫn silic.

2. Sử dụng phương pháp khắc sâu ion phản ứng (Deep Reactive Ion Etching – DRIE) với các hạt nano vàng làm mặt nạ để tạo ra sợi nano silic ứng dụng trong cấu trúc PMT.

3. Nhằm hoàn thiện cấu trúc PMT sợi nano silic đối xứng tâm, việc chế tạo màng mỏng silic vô định hình, silic tinh thể micro và nano dùng làm lớp pha tạp loại n trong tiếp xúc p-n sử dụng phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition – PECVD) cũng được nghiên cứu. Quy trình PECVD được tối ưu, phương pháp kiểm soát kích thước, tỉ lệ hạt tinh thể được nghiên cứu hoàn chỉnh trước khi đưa vào ứng dụng trong cấu trúc PMT.

NỘI DUNG:

CHƢƠNG 1 ...................................................................................................................... 13

TỔNG QUAN ................................................................................................................... 13

1.1 Các cấu trúc pin năng lƣợng mặt trời ...................................................................... 13

1.2 Hạt nano kim loại – hạt nano vàng sử dụng làm mặt nạ cho quá trình khắc sâu

ion phản ứng ..................................................................................................................... 16

1.2.1 Các hiệu ứng đặc biệt của hạt nano kim loại ................................................................. 16

1.2.1.1 Hiệu ứng bề mặt .................................................................................................. 16

1.2.1.2 Hiệu ứng kích thước ............................................................................................. 16

1.2.1.3 Hiệu ứng plasmon ................................................................................................ 16

1.2.2 Lý do lựa chọn hạt nano vàng làm mặt nạ cho quá trình khắc sâu tạo sợi nano silic .... 17

1.2.2.1 Những thuận lợi về tính chất vật lý - quang học của vàng và hạt nano vàng ...... 18

1.2.2.2 Sử dụng hiệu ứng plasmon ................................................................................... 18

1.2.3 Các quy trình tổng hợp hạt nano vàng ........................................................................... 21

1.2.3.1 Quy trình khử hoá học ........................................................................................ 21

1.2.3.2 Quy trình Turkevich ............................................................................................ 21

1.2.3.3 Quy trình Brust.................................................................................................... 21

1.2.3.4 Quy trình Martin .................................................................................................. 22

1.2.4 Quy trình tạo hạt nano vàng kết hợp giữa bốc bay và gia nhiệt – làm lạnh nhanh ....... 22

1.3 Chế tạo sợi nano silic ................................................................................................. 22

1.3.1 Phương pháp bottom-up ................................................................................................ 23

1.3.2 Phương pháp top-down .................................................................................................. 24

1.3.3 Phương pháp khắc sâu ion phản ứng (Deep Reactive Ion Etching - DRIE).................. 27

1.3.3.1 Quy trình khắc sâu đông lạnh ............................................................................. 28

1.3.3.2 Quy trình Bosch .................................................................................................. 28

1.3.3.3 Ảnh hưởng của các thông số trong quá trình khắc sâu ....................................... 28

Downloaded by EBOOKBKMT (ebook.infogate.vn@gmail.com)

lOMoARcPSD|12484561

1.3.4 Các loại vật liệu sử dụng làm mặt nạ trong quy trình Bosch khắc đế silic .................... 30

1.3.4.1 Mặt nạ chất cản quang........................................................................................ 30

1.3.4.2 Mặt nạ kim loại và oxide ...................................................................................... 31

1.3.5 Lý do lựa chọn phương pháp top-down sử dụng kỹ thuật DRIE xúc tác hạt nano vàng

để chế tạo Si NWs................................................................................................................... 32

1.4 Đặc trƣng của vật liệu silic tinh thể, silic vô định hình, silic tinh thể micro và

nano ................................................................................................................................... 33

1.4.3 Silic vô định hình ........................................................................................................... 33

1.4.4 Silic tinh thể micro (µc-Si) và nano (nc-Si) .................................................................. 34

1.4.4.1 Đặc điểm cấu trúc ................................................................................................ 35

1.4.4.2 Quá trình tạo mầm và phát triển tinh thể............................................................. 36

1.4.4.3 Tính chất quang ................................................................................................... 37

1.4.4.4 Đặc tính trao đổi điện tử ...................................................................................... 37

1.4.5 Chuyển pha từ silic vô định hình thành silic tinh thể micro và nano ............................ 38

1.4.6 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PECVD) ............................. 39

1.4.6.1 Đặc điểm .............................................................................................................. 39

1.4.6.2 Quá trình phản ứng tạo trạng thái plasma và bụi plasma ................................... 40

1.4.7 Lý do lựa chọn vật liệu nc-Si:H trong cấu trúc PMT màng mỏng sợi nano silic .......... 41

CHƢƠNG 2 ...................................................................................................................... 42

QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM...................................................................................... 42

2.1 Chế tạo và đánh giá hạt nano vàng .......................................................................... 43

2.1.1 Quy trình thực nghiệm ................................................................................................... 43

2.1.2 Nguyên vật liệu .............................................................................................................. 46

2.1.3 Thiết bị thí nghiệm......................................................................................................... 46

2.1.3.1 Thiết bị tạo màng bằng quy trình bốc bay chùm điện tử (E-beam Evaporator) .. 46

2.1.3.2 Thiết bị gia nhiệt nhanh (RTA) ............................................................................ 47

2.1.3.3 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM) ........................................... 47

2.1.3.4 Thiết bị đo phổ hấp thụ (UV-VIS) ........................................................................ 48

2.2 Chế tạo và đánh giá sợi nano silic ............................................................................ 49

2.2.1 Quy trình thực nghiệm ................................................................................................... 49

2.2.2 Nguyên vật liệu thí nghiệm............................................................................................ 50

2.2.3 Thiết bị thí nghiệm......................................................................................................... 50

2.4.3.1 Thiết bị khắc sâu ion phản ứng (DRIE) ............................................................... 50

2.2.3.3 Kính hiển vi 3D .................................................................................................... 51

2.3 Chế tạo và đánh giá màng mỏng silic vô định hình, tinh thể micro – nano ......... 51

2.3.1 Cấu trúc PMT màng mỏng đối xứng tâm cần đạt được ................................................. 51

Downloaded by EBOOKBKMT (ebook.infogate.vn@gmail.com)

lOMoARcPSD|12484561

2.3.2 Nguyên vật liệu và hóa chất........................................................................................... 52

2.3.3 Hệ thống PECVD Cluster .............................................................................................. 53

2.3.3.1 Cấu tạo ................................................................................................................ 53

2.3.3.2 Hoạt động ............................................................................................................ 53

2.3.4 Quy trình thực nghiệm ................................................................................................... 54

2.3.4.1 Công đoạn làm sạch đế silic ................................................................................ 54

2.3.4.2 Công đoạn chế tạo màng mỏng silic ................................................................... 54

2.3.5 Thống kê và đánh giá các mẫu màng mỏng silic được chế tạo ..................................... 55

2.3.6 Phương pháp phổ ký Raman .......................................................................................... 58

2.3.6.1 Ưu điểm của quang phổ Micro Raman ................................................................ 59

2.3.6.2 Ứng dụng của quang phổ Raman......................................................................... 59

2.3.6.3 Xử lý phổ Raman .................................................................................................. 59

2.3.7 Phương pháp phổ ký ellipsometry ................................................................................. 60

2.3.7.1 Thiết bị phổ kí Ellipsometry ................................................................................. 60

2.3.7.2 Nguyên lý Spectroscopic Ellipsometry (SE) ......................................................... 61

2.3.7.3 Mô hình của phương pháp Ellipsometry .............................................................. 62

2.3.7.4 Quy trình đo Ellipsometry .................................................................................... 63

2.3.7.5 Xử lý phổ Ellipsometry bằng Delta Psi2 .............................................................. 65

CHƢƠNG 3 ...................................................................................................................... 69

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................................................. 69

3.1 Chế tạo hạt nano vàng ............................................................................................... 69

3.1.1 Quy trình gia nhiệt-làm lạnh nhanh RTA tạo hạt nano vàng ......................................... 69

3.1.2 Ảnh hưởng của chất lượng bề mặt đế tới sự hình thành của hạt nano vàng .................. 72

3.1.3 Kiểm soát kích thước của hạt nano vàng ....................................................................... 75

3.1.4 Kiểm soát hình dạng của hạt nano vàng ........................................................................ 76

3.1.5 Nghiên cứu hiệu ứng plasmon của hạt nano vàng ......................................................... 79

3.1.6 Kết luận .......................................................................................................................... 83

3.2 Chế tạo sợi nano silic ................................................................................................. 83

3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số của quy trình chế tạo và đánh giá sợi nano silic 83

3.2.1.1 Ảnh hưởng của công suất nguồn plasma kích thích ........................................... 84

3.2.1.2 Ảnh hưởng của số vòng lặp khắc phủ và thời gian khắc ..................................... 85

3.2.2 Chế tạo Si NWs với mặt nạ hạt nano vàng .................................................................... 85

3.2.3 Ảnh hưởng của một số điều kiện công nghệ lên hình dạng và phân bố của sợi nano silic

3.2.3.1 Ảnh hưởng của điện thế phân cực ........................................................................ 89

3.2.3.2 Ảnh hưởng của hình dạng hạt nano vàng đến chất lượng sợi silic ...................... 91

Downloaded by EBOOKBKMT (ebook.infogate.vn@gmail.com)

lOMoARcPSD|12484561

3.2.4 Chế tạo sợi nano silic phân bố theo từng cụm ............................................................... 93

3.2.5 Ứng dụng sợi nano silic vào cấu trúc PMT ................................................................... 94

3.2.6 Kết luận .......................................................................................................................... 95

3.3 Chế tạo màng mỏng silic vô định hình, tinh thể micro và nano ............................ 96

3.3.1 Khảo sát về đặc trưng của plasma ................................................................................. 96

3.3.1.1 Tốc độ chế tạo của màng mỏng silic .................................................................... 96

3.3.1.2 Giá trị điện thế phân cực ..................................................................................... 99

3.3.2 Khảo sát điều kiện chế tạo màng mỏng silic vô định hình, tinh thể micro và nano .... 100

3.3.3 Đánh giá các thông số ảnh hưởng đến chất lượng lớp màng silic bằng phương pháp

ellipsometry .......................................................................................................................... 106

3.3.3.1 Các yếu tố có thể ảnh hưởng lên quá trình tạo màng ........................................ 106

3.3.3.2 Xây dựng mô hình ellipsometry cho mẫu màng mỏng silic khảo sát ................. 106

3.3.3.3 Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện lắng đọng lên độ dày màng. ...................... 107

3.3.3.4 Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện lắng đọng lên tỉ lệ pha tinh thể. ................. 109

3.3.3.5 Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện lắng đọng tới kích thước của tinh thể silic 111

3.3.4 Khảo sát pha tạp màng mỏng silic được chế tạo ......................................................... 112

3.3.5 Kết luận - khả năng ứng dụng màng mỏng silic tinh thể micro-nano vào cấu trúc PMT

114

KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 115

A. Những kết quả đạt đƣợc ........................................................................................... 115

B. Các điểm mới của Luận án ....................................................................................... 116

C. Hƣớng phát triển tƣơng lai ...................................................................................... 116

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NCS BÙI THANH TÙNG 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO .

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD