Oxidation-Induced Structure Transformation: Thin-Film Synthesis and Interface Investigations of Barium Disilicide toward Potential Photovoltaic Applications

Abstract

Silicid barnatý (BaSi2) je považován za slibný absorpční materiál pro vysoko účinné tenkovrstvé solární články. Nicméně, čelí otázce související se syntézou materiálu a řízením kvality. V této práci vytváříme tenké vrstvy BaSi2 pomocí industriálně aplikovatelného procesu naprašování a odhalujeme mechanizmus strukturní transformace. Polykrystalické tenké vrstvy BaSi2 jsou získány pomocí technologie naprašování a následně tepelným zpracováním. Krystalická kvalita a fázové složení naprášených BaSi2 vrstev je posouzena Ramanovou spektroskopií a rentgenovou difrakcí (XRD). Vyšší teplota post-depozičního žíhání může podporovat krystalizaci BaSi2, avšak rovněž způsobuje intenzivní povrchovou oxidaci a difúzi na BaSi2/SiO2 rozhraní. Důsledkem toho je nehomogenní struktura vrstvy BaSi2 zjištěna Augerovou elektronovou spektroskopií (AES) a transmisní elektronovou mikroskopií (TEM). Tlustá oxidová vrstva v takto nehomogenní struktuře omezuje další, zejména optické a elektrické charakterizace naprášených BaSi2 vrstev. Proces transformace struktury naprášených BaSi2 vrstev je posléze zkoumán metodou měření hloubkového profilu Ramanové spektroskopie, přičemž všechna výše zmíněná pozorování vedou k mechanizmu oxidačně indukované transformaci mikrostruktury. To rovněž vysvětluje jev fázového rozhraní včetně povrchové oxidace a vzájemnou difúzi na rozhraní BaSi2/SiO2, což vede k nehomogenní a vrstevnaté struktuře naprášeného BaSi2. Tento mechanismus se může rovněž použít i na epitaxiální a napařované BaSi2 vrstvy. Kromě toho je prezentován i letmý pohled na další vývoj těchto materiálů a na úroveň součástek. Takové základní vědomosti o transformaci struktury a komplexní aktivity na rozhraní jsou významné pro další řízení kvality fázového rozhraní BaSi2 vrstev pro vysoko účinné solární články.

Description

Subject(s)

Silicid barnatý, naprašování, žíhání, transformace struktury, rozhraní, fotovoltaika

Citation

TIAN, Y., VISMARA, R., VAN DOORENE, S., ŠUTTA, P., VANČO, Ľ., VESELÝ, M., VOGRINČIČ, P., ISABELLA, O., ZEMAN, M. Oxidation-Induced Structure Transformation: Thin-Film Synthesis and Interface Investigations of Barium Disilicide toward Potential Photovoltaic Applications. ACS Applied Energy Materials, 2018, roč. 1, č. 7, s. 3267-3276. ISSN 2574-0962.
OPEN License Selector