Nanopowder and Thin Films of ZnO by Sol Gel Approach

Abstract

У роботі вивчено структурні та оптичні властивості тонких плівок ZnO. Чисті тонкі плівки ZnO готували на скляній підкладці методом золь-гелю із зануренням та відпалювали при температурі 150 ºC. Аналогічно, тонку плівку ZnO, леговану 1 гм PVA, готували і відпалювали при температурі 250 °C, а останній зразок – тонку плівку ZnO, леговану 2 гм PVA, готували і відпалювали при температурі 350 °C. Збільшення часу старіння золю призвело до поступового поліпшення кристалічності гексагональної фази для усіх дифракційних піків. Вплив старіння золю на оптичну прозорість цілком очевидний через посилене пропускання із збільшенням часу старіння золю. Цікаво, що 24-годинний час старіння золю виявився оптимальним для досягнення гладкої морфології поверхні, гарної кристалічності та високого оптичного пропускання, які були пов'язані з ідеальною стабільністю розчину. Тонкі плівки ZnO характеризувалися морфологічними, структурними та оптичними властивостями за допомогою скануючої електронної мікроскопії та ультрафіолетової та видимої спектроскопії (UV–Vis). Спектр пропускання ультрафіолетового випромінювання синтезованого зразка дає значення оптичної забороненої зони 3.2 еВ, 3.15 еВ і 3.1 еВ. Так само як і тонкі плівки, нанопорошок синтезується методом золь-гелю, характеризується XRD і може бути потенційно використаний у косметичній промисловості. Метод золь-гелю із зануренням створює чисті і леговані плівки ZnO з можливістю застосування як прозорі провідні електроди в оптоелектронних пристроях, таких як сонячні елементи і світлодіоди.

In this work, we have studied the structural and optical properties of ZnO thin films. Pure thin films of ZnO were prepared on glass substrate by sol gel dip coating method and annealed at a temperature of 150 ºC. Similarly, 1 gm PVA capped ZnO thin film was prepared and annealed at 250 ºC and the last sample of 2 gm PVA capped ZnO thin film was prepared and annealed at a temperature of 350 ºC. The increase in sol aging time resulted in a gradual improvement in crystallinity of the hexagonal phase for all diffraction peaks. Effect of sol aging on optical transparency is quite obvious through increased transmission with prolonged sol aging time. Interestingly, 24 hour sol aging time was found to be optimal to achieve smooth surface morphology, good crystallinity and high optical transmittance which were attributed to an ideal stability of solution. The ZnO thin films have been characterized in terms of morphological, structural and optical properties by scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy. The UV–Vis transmittance spectrum of synthesized sample gives the optical band gap value of 3.2 eV, 3.15 eV and 3.1 eV. Along with thin films, nanopowder is also synthesized by sol gel method and characterized by XRD, which can be potentially used in cosmetic industry. Sol-gel dip coating technique creates pure and capped ZnO films with potential for applications as transparent conducting electrodes in optoelectronic devices, such as solar cell and light emitting diodes.