臭氧发生器论文：控制SALD沉积的ZTO纳米膜的组成及其用作钙钛矿太阳能电池传输层的意义

控制SALD沉积的ZTO纳米膜的组成及其用作钙钛矿太阳能电池传输层的意义

摘要

本论文主要研究用于钙钛矿太阳能电池的新型纳米膜电子传输层，钙钛矿太阳能电池是研究和早期商业阶段的薄膜太阳能电池技术之一。空间原子层沉积（SALD）是一种纳米膜生长方法，特别适用于金属氧化物的制造，在更短的时间内产生高质量的均匀膜，并且没有传统原子层沉积的繁琐真空要求。

高性能电子传输层的一个重要属性是其传导和价带能级与与其接触的钙钛矿的传导和价能带能级的适当匹配，以利于电子提取到传输层中并防止空穴进入。不同的吸收层，仅以卤化铅钙钛矿为一个例子，将表现出不同的能级；因此能够调节传输层的带隙以更好地匹配使用中的特定钙钛矿或其他光吸收层对于能够优化用于商业化的各种太阳能电池设计是非常有用的。这是在锌锡氧化物的背景下进行的研究，锌锡氧化物是钙钛矿电池中两种最受赞誉的金属氧化物电子传输层——ZnO和SnO2的混合物。

希望通过使用臭氧-氧气混合物的SALD沉积的锌-锡氧化物的带隙将随着Sn含量（或Sn原子浓度相对于总金属原子浓度）而变化。首次用SALD对每种前体-TDMASn和DEZ使用不同的反应器头狭缝生长氧化锌锡。对于使用本研究的沉积条件和组成生产的氧化物，是否发现了与膜组成的明显带隙相关性存在疑问，但结果确实表明，如果这种关系对锌锡氧化物有效，则最有可能允许带隙工程的其他沉积条件或沉积后热处理。本研究报道了SALD的锌锡氧化物组成比以往任何时候都更宽的范围（28%至97%的Sn含量），并提出了解释沉积条件与薄膜中Sn含量之间关系的详细理论，建议根据所需的薄膜组成选择Sn和Zn前体流速。对于透射率、折射率、缺陷和多数载流子密度或膜形态，所确定的沉积膜的组成也没有明显的趋势。

比较不同氧化物成分的电子提取效率的光致发光猝灭指出97%的Sn含量是最不有效的。直接沉积在钙钛矿上的原子层被证实与使用臭氧作为氧化剂完全不相容。

SALD沉积ZTO纳米薄膜

ZTO纳米膜的SALD沉积是用第2.1节中详述的设备进行的，分别使用TDMASn和DEZ作为氧化锡和氧化锌的化学前体，氧化锡和锌与臭氧作为氧化剂反应。使用的臭氧发生器是Absolute ozone Atlas 30 UHC（H30），其输出刻度盘设置为“75”。

臭氧以约325sccm的速率通过两个氧化器狭缝输送通过每个狭缝，其浓度约为280g/Nm3（标准为每立方米臭氧克压力和温度）与按体积计7.5%的N2和92.5%的O2的混合物平衡（在一些氧气变成臭氧之前）。用于基板相对于反应器头来回振荡的速度是4.5cm/s，并且基板和反应器头之间的间隙宽度在150和200微米之间。图7中的排气通道没有主动吸入气体，以从基板附近排出未反应或过量的气体，尽管它们可能在排气过程中发挥了被动作用。从每个N2幕狭缝流出的流速为75sccm。

原文地址：Delumeau_Louis-Vincent.pdf (uwaterloo.ca)