1.3.4. Химический «скотч»
Данный метод основан на различном электронном сродстве металлических и полупроводниковых ОУНТ к определенным функциональным группам. В работе55,86 описан данный метод: «В качестве материала для создания клейкой ленты исследователи использовали основу из полидиметилсилоксана. К поверхности полимера за счет обработки 3-аминопропилтриэтоксисиланом прививали аминогруппы и получали клейкую ленту типа A-Scotch Tape (для отделения полупроводниковых УНТ), или, обрабатывая триэтоксифенисиланом, получали ленту типа P-Scotch Tape (для отделения металлических УНТ).»
С помощью данного способа можно селективно разделить металлические и полупроводниковые нанотрубки без их повреждения. Процесс необходимо многократно повторить для повышения содержания полупроводниковых ОУНТ.
Рис. 8. Схема действия химического скотча55.
1.3.5. Ультрацентрифугирование.
Суспензия углеродных нанотрубок диспергируется с поверхностно-активным веществом (ПАВ) в растворителе, и в зависимости от скорости центрифугирования дисперсии углеродные нанотрубки (в зависимости от хиральности) распределяется неравномерно по высоте. Метод предусматривает вращение материала со скоростями до 1000 оборотов в секунду.
Рис. 9. Примеры различных суспензий до и после ультрацентрифугирования62.
В работах60-62 рассмотрены разные ПАВы для селективной адсорбции нанотрубок с различными диаметрами. После многократной обработки данным методом чистота полупроводниковых УНТ может составлять 98%, а металлических - 95%.
1.3.6. Метод конструктивного разрушения.
Данный метод конструктивного разрушения63 позволяет разрушить все металлические нанотрубки, при этом позволяет оставить неповрежденными полупроводниковые.
«Углеродные нанотрубки размещают на подложке из оксида кремния, а затем набор из источника тока, заземления и изолированных электродов размещается литографическим способом по краям нанотрубок. При этом специальной ориентации нанотрубок не требуется. Подложка используется для запирания полупроводниковых трубок, после прикладывается избыточное напряжение для разрушения металлических трубок в массиве»64.
Рис. 10. Схема метода конструктивного разрушения63.
«Быстрое окисление слоев МУНТ происходит при определенном уровне мощности. Во время разрушения ток, текущий через МУНТ, изменяется пошагово, причем эти шаги совпадают с разрушением отдельной оболочки. Контролируя процесс удаления оболочек, можно создавать трубки с желаемыми характеристиками внешней оболочки, металлической или полупроводниковой. Выбирая диаметр внешней оболочки, можно получить желаемую ширину запрещенной зоны»64.
1.4. Постановка задачи
Как уже упоминалось, на данный существует проблема - это сопротивление пленки, которое примерно в 5-10 раз выше, чем у пленок с ITO. Пленки из оксида индия олова на стекле, используемые в солнечных элементах, обладают сопротивлением ~ 5-20 Ом/□ при пропускании 90% света (длина волны λ=0,55 мкм). Но, к примеру, для производства ЖК экранов, используются пленки из ITO c сопротивлением 40 - 60 Ом/□ при пропускании 90% света.
В то время как пленки из углеродных нанотрубок обладают сопротивлением в 50 Ом/□ при пропускание света 90%. Из анализа литературных данных можно сделать вывод, что задача развития эффективных и недорогих способов разделения УНТ на металлические и полупроводниковые является актуальной. В данной работе особое внимание уделялось созданию полупрозрачных электродов на основе УНТ. А также показана возможность применения УНТ для создания солнечных элементов.
Целями данной работы являлось решение следующих проблем: снизить поверхностное сопротивление прозрачного электрода, показать перспективы использования ОУНТ в качестве прозрачного электрода в солнечном элементе, а также в качестве легированного по p-типу слоя для создания барьера в солнечном элементе.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ
2.1 Описание используемых углеродных нанотрубок
В данной работе использовались ОУНТ, произведенные в компании OCSiAl по униальной технологии. Ниже приведены характеристики данных нанотрубок (табл.1), а также спектр КРС и термогравиметрический анализ (TGA) используемых УНТ (рис. 11, рис.12).
Характеристика
|
Единица измерения
|
Значение
|
Метод измерения
|
Содержание углерода
|
wt.%
|
92±1
|
TGA, EDX
|
УНТ
|
wt.%
|
76±1
|
TEM, TGA
|
Металлические примеси
|
wt.%
|
8±1
|
EDX, TGA
|
Число слоев УНТ
|
-
|
1-2
|
TEM
|
Длина УНТ
|
μм
|
>5
|
AFM
|
Внешний диаметр УНТ
|
нм
|
1.4±0.15
|
Raman, TEM
|
отношение G/D
|
-
|
161
|
Raman, 488 нм
|
Удельная площадь поверхности
|
m2/g.
|
450
|
BET
|
Таблица 1. Характеристики используемых УНТ.
Рис.11. Спектр КРС используемых УНТ
(длина волны лазера = 488 нм)
В табл.1 используются следующие сокращения:
EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) - метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии.
TEM (Transmission electron microscopy) - просвечивающая электронная микроскопия.
AFM (atomic-force microscope) - сканирующий зондовый микроскоп.
BET (Brunauer–Emmett–Teller) – метод Брунауэра – Эммета - Теллера.
Рис.12. Изменение массы УНТ в зависимости от температуры (синяя кривая) и ее производная (краснаяя кривая)
|
