تصميم وتصنيع منظومة ترذيذ مباشر لتحضير ودراسة خصائص نبيطة كهروبصرية

الباحث

إيمان حسن هادي

المشرف

خليل ابراهيم حسون - مسلم فاضل جواد

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / الليزر والإلكترونيات البصرية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

DC Sputtering; Thin Films; Optoelectronic Devices; Plasma

في العمل الحالي ، تم تصميم وبناء منظومة الترذيذ الكهربائي ليتم استخدامها كمنظومة ترديذ البلازما. حجرة بلازما التفريغ المتوهج مصممة من الصلب غير القابل للصدأ بشكل اسطواني بقطر 17.5 سم وارتفاع 33 سم. تتكون هذه الحجرة من قطبين من الفولاذ غير القابل للصدأ يستخدمان كقطب موجب (الانود) وقطب سالب (الكاثود) يبلغ قطر كل منهما 4 سم. تم تحضير الجسيمات النانوية المعدنية ( النحاس و التيتانيوم و نيتريد التيتانيوم) كأغشية رقيقة على أربعة ركائز مختلفة (زجاج ، زجاج مطلي ب ،PTO سيليكون نوع n وخلية شمسية) بتقنية ترذيذ التيار المستمر. تمت دراسة تأثير زمن الترذيذ على الخصائص البصرية والتركيبية والكهربائية للعينات المحضرة. تم استخدام اوقات مختلفة من الترسيب لكل معدن من المعادن الثلاثئة. تم استخدام هدف دائري بقطر 4.7 سم من المعادن داخل جو من غاز الاركون للترسيب. ترسبت جسيمات النحاس النانوية باسماك (120 و 260) نانومتر عند (1 و 8) دقيقة على التوالي على الركائز الأربع. بالإضافة إلى جسيمات التيتانيوم النانوية على نفس الركائز باسماك (90 و 145) نانومتر تم ترسيبها في زمنين مختلفين (5 و 10) دقيقة على التوالي ٠ بينما تم تصنيع جسيمات نيتريد التيتانيوم النانوية على الركائز باسماك (110 و 178) نانومتر في زمنين مختلفين (15 و 30) دقيقة على التوالي. تمت دراسة الخصائص البصرية للأغشية الرقيقة المحضرة باستخدام طيف الانعكاس البصري. وقد لوحظ انخفاض كبير في انعكاسية السطح في زمن الترسيب الأعلى مقارنة بزمن الترسيب الآخر. الأسباب الرئيسية وراء هذا السلوك النادر يرتبط بشدة بحجم ونسب مناطق النقاط الساخنة. تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى أهمية كبيرة في تطبيقات البلازمونك النانوية كطبقة مضادة للانعكاس. كما تمت دراسة الخصائص التركيبية للأغشية الرقيقة المحضرة باستخدام حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني الماسح. تمت دراسة الشكل الهيكلي والمورفولوجي للجسيمات النانوية المعدنية على الركائز المختلفة في ازمان الترسيب المختلفة. تم استخدام معادلة شيرير لتحديد حجم الحبيبات للأغشية الرقيقة المحضرة. أظهرت نتائج هذه الدراسة تغيير حجم الحبوب في نفس الزمن من ركيزة إلى أخرى. أظهرت صور المجهر الالكتروني الماسح الضوئي أن جميع العينات لها توزيع موحد تقريبًا لمورفولوجيا السطح الحبيبي. تم فحص الخواص الكهربائية للخلية الشمسية قبل وبعد ترسيب المعادن النانوية. تم استخدام هذه الجسيمات الغيرمكلفة لتحسين كفاءة الخلية الشمسية. أظهر ترسيب النحاس على الخلايا الشمسية بزمن الترسيب 8 دقيقة أعلى تحسين لكفاءة التحويل (19.9 ”) ، بينما أظهرت التيتانيوم المرسبة في 10 دقائق أعلى تحسين لكفاءة التحويل (28.3 /) ، وكذلك جسيمات نيتريد التيتانيوم المحضرة على الخلايا الشمسية أظهرت أعلى زيادة في كفاءة التحويل )7.42.4( عند زمن الترسيب 30 دقيقة.

In the present work, a diode sputtering system was designed and constructed to be used in a plasma sputtering system. The glow discharge plasma chamber is designed of stainless steel in a cylindrical shape with a diameter of 17.5 cm and 33 cm in height. This chamber consists of two stainless steel planar sputtering electrodes used as anode and cathode, each with a diameter of 4 cm. Metal nanoparticles (MNPs) namely, (CuNPs, TiNPs, and TiNNPs) were prepared as ultrathin films on four different substrates (glass, FTO coated glass, Si (n-type), and solar cell) by a dc sputtering approach. The sputtering time effect on the prepared thin films’ optical, structural, and electrical properties was studied. Different sputtering times for each metal were employed to form various plasmonics features of MNPs. A circular target 4.7 cm diameter of metals was used for deposition within the Argon climate. Copper nanoparticles (CuNPs) with thicknesses of (120 and 260) nm at (1 and 8) min respectively were deposited on the four substrates. As well as titanium nanoparticles (TiNPs) on the same substrates with thicknesses (90 and 541) nm were deposited at two different times (5 and 10) min respectively, while TiN nanoparticles (TiNNPs) were synthesized on the substrates with thicknesses (110 and 578) nm, it was studied and analyzed at two different times (15 and 30) min respectively. The optical reflectance spectrum was utilized to investigate the optical properties of the prepared thin films. Significant reduction in surface reflectivity has been observed at the higher sputtering times compared with other sputtering times. The main reasons behind this unique behavior are strongly related with the size and the percentages of the hot spot regions. The obtained results are important for the plasmonics NPs applications as an anti-reflection layer. The structural and morphological properties of metal nanoparticles on different substrates at different sputtering times were studied using X-ray diffraction and field-emission scanning electron microscopy. Scherrer's equation was used to determine the crystallite size of the prepared thin films. The crystallite size is changed from one substrate to another at the same time. FE-SEM images showed that all the samples had a nearly uniform distribution of granular surface morphology. The electrical properties of the bare Si solar cell and the same structure with MNPs have been investigated. MNPs have been utilized as an alternative abundant and inexpensive plasmonic material to improve the efficiency of the solar cell. CuNPs deposited on a solar cell for 8 minutes had the highest conversion efficiency enhancement (19.9%), TiNPs deposited for 10 minutes had the highest conversion efficiency enhancement (28.3%), and TiN NPs on a solar cell prepared at 30 minutes had the highest conversion efficiency enhancement (42.4%).

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب