Super-Hydrophobic F-Doped SnO2 (FTO) Nanoflowers Deposited by Spray Pyrolysis Process for Solar Cell Applications

Abstract

Полікристалічні плівки нелегованого та легованого фтором SnO2 (FTO) наносяться на скляну підкладку методом розпилювального піролізу при 400 °C. Досліджено вплив концентрації фтору (8, 10 і 12 %) на структурні, морфологічні, оптичні та електричні властивості плівок FTO. Наші результати XRD показують, що F-SnO2 все ще має ту саму структуру рутилу, що й нелегований SnO2, з покращеною кристалізацією для легованих плівок та без виявлення іншої фази. Виміряні кути контакту становлять < 90° для нелегованих плівок та плівок, легованих 8 % F, що підтверджує гідрофільний характер, тоді як інші леговані плівки (SnO2:10 % F і SnO2:12 % F) демонструють гідрофобний характер при значеннях кута контакту > 90° та супергідрофобний характер (CA = 140°) для тонкої плівки SnO2:12 % F. Для плівки SnO2, легованої 12 % F, спостерігається вищий коефіцієнт пропускання 83 %, ширина забороненої зони 3,9 еВ і менший безлад (287,68 меВ). Крім того, питомий електричний опір (ρ), концентрація носіїв (n) і холлівська рухливість (µ) визначаються за допомогою вимірювань ефекту Холла, і виявлено, що всі розроблені тонкі плівки мають n-тип провідності. Найнижчий питомий опір 2,245 x 10 – 4 Ом∙см і найвища холлівська рухливість 24.55 см2∙В – 1∙с – 1 отримані при концентрації 12 % F. Результати свідчать про те, що плівку FTO з 12 % F можна використовувати як прозорий провідний оксидний фронтального електроду для плівкових сонячних елементів.

Polycrystalline films of undoped and fluorine-doped SnO2 (FTO) are deposited on a glass substrate by spray pyrolysis at 400 °C. The effects of fluor concentration (8, 10 and 12 %) on the structural, morphological, optical and electrical properties of FTO films are studied. Our XRD results show that F-SnO2 still has the same rutile structure as undoped SnO2 with improved crystallization for doped films, with no other phase detected. The measured contact angles are < 90° for undoped and 8 % F doped films, which confirms the hydrophilic character, while other doped (SnO2:10 % F and SnO2:12 % F) films show the hydrophobic character at contact angle values of > 90° and the super-hydrophobic (CA = 140°) for SnO2:12 % F thin film. A higher transmittance value of 83 %, a wide band gap equal to 3.9 eV, and lower disorder (287.68 meV) are observed for the 12 % F doped SnO2 film. In addition, electrical resistivity (ρ), carrier concentration (n) and Hall mobility (µ) are determined from Hall effect measurements and it is found that all the elaborated thin films have n-type conductivity. The lowest resistivity of 2.245 x 10 – 4 Ω∙cm and the highest Hall mobility of 24.55 cm2∙V – 1∙s – 1 are obtained at an F concentration of 12 %. The results suggest that the FTO film at 12 %F can be used as a transparent conductive oxide of the front electrode for film solar cells.