Νανοκρυσταλλίτες πυριτίου για φωτοβολταϊκές εφαρμογές Δομικές και ηλεκτρικές ιδιότητες.:
Creators: name: Γκανάτσιου, Αλεξάνδρα Ζήση
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Νανοκρυσταλλίτες πυριτίου
Ηλιακά κύτταρα
Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης
Silicon nanocrystals
Solar cells
Transmission Electron Microscopy

description: Λεπτά υμένια νανοκρυσταλλικού πυριτίου αναπτύχθηκαν σε υπόστρωμα χαλαζία με τη μέθοδο χημικής εναπόθεσης ατμών υπό χαμηλή πίεση (LPCVD) του πυριτίου (από τη σιλάνη) και οξειδώθηκαν προκειμένου να σχηματίσουν ένα δισδιάστατο υμένιο νανοκρυσταλλιτών πυριτίου σε μήτρα άμορφου SiO2. Οι ονομαστικές τιμές για τα πάχη των υμενίων στη ζ-διεύθυνση μετά την οξείδωση ήταν από 2,1 ως 22,1 nm. Η δομή και η μορφολογία των νανοδομημένων δειγμάτων εξετάστηκε με τη μέθοδο Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διερχόμενης Δέσμης (ΤΕΜ). Οι εικόνες περίθλασης επιβεβαίωσαν την ανάπτυξη νανοκρυσταλλιτών πυριτίου σε μήτρα άμορφου SiO2. Η παρατήρηση των δειγμάτων σε εγκάρσια τομή αποκάλυψε ότι τα υμένια αναπτύχθηκαν σε στήλες. Η διάσταση στο επίπεδο ανάπτυξης (lateral) των νανοκρυσταλλιτών εξετάστηκε μέσω παρατηρήσεων στο επίπεδο του δείγματος και εγκάρσιας τομής, καθώς και μέσω εικόνων υψηλής διακριτικής ικανότητας (HRTEM). Το μέσο μέγεθος βρέθηκε να αυξάνεται με το πάχος του υμενίου. Σε πολυστρωματικές δομές τα χαρακτηριστικά των νανοκρυσταλλιτών εμφανίζονται ίδια με αυτά των μονοστρωματικών δομών. Η διεπιφάνεια των νανοκρυσταλλικών στρωμάτων και του SiO2 παρουσίασε τραχύτητα, οδηγώντας στη δημιουργία λεπτών φραγμάτων σήραγγος (SiO2) μεταξύ γειτονικών νανοκρυσταλλιτών πυριτίου. Οι ηλεκτρικές μετρήσεις έδειξαν μία ισχυρή εξάρτηση της μεταφοράς των φορέων με το μεγέθους των νανοκρυσταλλιτών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι όταν λαμβάνουν χώρα ισχυρά φαινόμενα κβαντικού εντοπισμού, η μεταφορά των φορέων μειώνεται σημαντικά εξαιτίας του εντοπισμού των εξιτονίων και του φαινομένου φραγής Coulomb. Σε νανοκρυσταλλίτες μεγάλων διαστάσεων, δεν εμφανίζονται φαινόμενα φραγής Coulomb και έτσι παρατηρείται μεταφορά των φορέων (μέσω του αυξημένου ρεύματος). Κατά τον φωτισμό των δειγμάτων με λάμπα Xe, παρατηρήθηκε αύξηση της τιμής του ρεύματος (εφόσον αυξήθηκαν οι φορείς στο υλικό) και μία σχεδόν γραμμική χαρακτηριστική I-V.
description: Thin nanocrystalline silicon films were grown on quartz by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) of Si from silane and were then oxidized to form a two-dimensional layer of Si nanocrystals embedded in SiO2. The nominal thickness of the nanocrystals in the z-direction after oxidation varied from 2.1 to 22.1 nm. The structure and morphology of these nanostructured samples was examined by Transmission Electron Microscopy. Electron diffraction images confirmed the growth of arrays of Si nanocrystals in amorphous SiO2 matrix. Transmission electron microscopy (TEM) observations on cross-sectional specimens revealed that the films had a columnar growth. The measured thickness deviates less than 11% from the nominal thickness of the films. The lateral size of the nanocrystals was obtained from plane view and cross sectional conventional and high resolution TEM images. The mean size was found to increase with layer thickness. In multilayer structures the characteristics of nanocrystals were the same as in the one-layer structures. Τhe interface between nanocrystalline layers and SiO2 showed roughness, giving rise to thin tunnel barriers of SiO2 between adjacent Si nanocrystals. The electrical measurements showed a strong dependence of nanocrystals size and carrier mobility. The results showed that when strong confinement effects exist, carrier transport is significantly reduced due to exciton localization and Coulomb blockade effects, leading to limited current. In large sized nanocrystals, the Coulomb blockade effects do not exist and we observe carrier transport through increased current. When illuminating samples with a lamp Xe, we noted an augmentation in current as carriers increased and an almost linear I-V characteristic.