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dc.contributor.advisorTavares, C. J.por
dc.contributor.advisorAvila, Edith Arizapor
dc.contributor.authorGarcia, Cibeli Navarro Bellettipor
dc.date.accessioned2017-03-10T16:11:47Z-
dc.date.available2017-03-10T16:11:47Z-
dc.date.issued2016-11-25-
dc.date.submitted2016-04-26-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1822/44982-
dc.descriptionTese de Doutoramento em Engenharia de Materiaispor
dc.description.abstractNeste trabalho foram produzidos e estudados filmes de ZnO:Al para aplicações como elétrodos transparentes em sistemas fotovoltaicos. Devido às suas excelentes propriedades óticas e elétricas, boa estabilidade química, abundância na natureza, baixo custo de produção e da não toxicidade, os filmes de ZnO:Al têm sido muito estudados para aplicações como elétrodos transparentes em vários sistemas de células solares. Os filmes foram produzidos por deposição física na fase de vapor, mais concretamente pela técnica de pulverização catódica por magnetrão. Foram variados os seguintes parâmetros de deposição: o tempo, a aplicação do potencial negativo (bias) ao substrato e a temperatura do substrato. Os filmes foram analisados pelas seguintes técnicas de caracterização: microscopia eletrónica de varrimento (MEV) com difração de eletrões retrodifundidos (EBSD), difração de raios X (XRD), espectrofotometria ótica na região UV-Vis e NIR, condutividade elétrica pelo método de Van der Pauw e efeito de Hall e testes mecânicos de nanoindentação. Como um dos pontos fundamentais deste trabalho foi a utilização da técnica de MEV e a aplicação do sistema EBSD para a análise da morfologia e da microestrutura, os filmes tiveram de ser produzidos durante um período mais longo com o objetivo de terem uma espessura de 2 µm (relativamente ao usualmente utilizado para elétrodos: 200 nm) e com desenvolvimento de um maior tamanho de grão cristalino. Para a obtenção de informação da estrutura cristalina de um determinado grão é necessário que o volume de material onde tem origem o sinal EBSD detetado seja menor do que esse grão. Caso contrário, há uma integração de um conjunto de grãos (incluindo suas fronteiras), inibindo assim a resolução do padrão de indexação obtido. Com a instalação de um laboratório de Serviços de Caracterização de Materiais na Universidade do Minho (SEMAT/UM), que possui um microscópio eletrónico de varrimento de elevada resolução com um sistema de EBSD integrado, surgiu a motivação para a realização do estudo da textura e da cristalografia dos filmes de ZnO:Al, através da utilização desta técnica. A técnica de EBSD constitui uma novidade enquanto facilidade experimental no país e tem vindo a fomentar o interesse na sua utilização por parte dos investigadores na área da ciência e engenharia dos materiais. Com este trabalho de doutoramento, conseguiu-se obter filmes de ZnO:Al com boas propriedades elétricas e óticas atingindo valores de condutividade elétrica de 1618,4 (Ωcm) -1 e transmitância média (entre 550 – 750 nm) de 75,6 %. Estes filmes apresentaram crescimento preferencial segundo o plano (100) de acordo com os resultados obtidos pelas técnicas de EBSD e DRX. Foram produzidos um total de 32 filmes de ZnO:Al em substrato de vidro, embora nem todos tenham sido analisados pelas mesmas técnicas de caracterização devido a algumas circunstâncias, tais como, a inviabilidade na preparação das amostras, ou a falta de uma reposta coerente dos resultados obtidos pela técnica de medição. Estas circunstâncias estão relacionadas com as propriedades morfológicas e estruturais dos filmes, onde uma superfície irregular (com defeitos pontuais e heterogeneidade na espessura), ausência de orientação preferencial verificada no crescimento de grão e heterogeneidade no tamanho de grão, tornaram inviáveis a aplicação de técnicas de análises, em particular a EBSD, espectrofotometria próximo ao infravermelho e condutividade pela técnica de efeito de Hall.por
dc.description.abstractIn this work it was produced and studied ZnO:Al films for tentative applications as transparent electrodes in photovoltaic systems. Due to its excellent optical and electrical properties, good chemical stability, abundance in nature, low production cost and non-toxicity, the ZnO:Al films have been widely studied for applications such as transparent electrodes in various types of solar cells. These films were produced by physical vapor phase deposition, more particularly by technique sputtering magnetron. For this study, the following deposition process parameters were varied: time, negative potential (bias) to the substrate holder and the substrate temperature. The films were analyzed by the following characterization techniques: scanning electron microscopy (SEM) with electro backscattered diffraction (EBSD), X-ray diffraction (XRD), optical spectrophotometry in the UV-Vis region and NIR, electrical conductivity using te Van der-Pauw method and Hall effect, and mechanical nanoindentation tests. As one of key points of this work was focused on using the SEM technique and application of the EBSD system for analyzing the morphology and microstructure of the films, these had to be produced during a longer period in order to have a sufficient thickness of 2µm (relative to the commonly used electrodes: 200 nm) and development of a large crystalline grain size. To obtain information about the crystal structure of a given grain it is necessary that the volume of material which originates from the EBSD detected signal is less than this grain. Otherwise, there is an integration of a number of grains (including its boundaries), thereby inhibiting the indexing resolution of the obtained pattern. With the installation of a Materials Characterization Service laboratory at the University of Minho (SEMAT/UMA), which has a high-resolution scanning electronic microscope with an integrated EBSD system, came the motivation to carry out the texture study and crystallography of of the ZnO:Al films, by using this technique. The EBSD technique is new as an experimental facility in the country and researchers in the field of materials science and engineering have been promoting the interest in its use. With this PhD work, it was possible to produce ZnO:Al films on glass substrates with good electrical and optical properties, reaching electrical conductivity values of 1618.4 (Ωcm)-1 allied with an average transmittance (between 550-750 nm) of 75.6% . These films showed preferential growth on the plane (100) in accordance with the results obtained by EBSD and XRD techniques. A total of 32 ZnO:Al films on glass substrates were produced, although not all have been analysed by the same characterization techniques due to some circumstances, such as the impracticability in sample preparation or the lack of a coherent response within the results obtained by the measurement technique. These conditions are related to the morphological and structural properties of the films, where an uneven surface (with point defects and heterogeneity in thickness), no preferred orientation seen in grain growth and heterogeneity in grain size, made unviable the application of analytical techniques, in particular EBSD, near infrared spectrophotometry and electrical conductivity measurement by the Hall-effect technique.por
dc.description.sponsorshipEste trabalho de Doutoramento foi realizado no âmbito do projeto da Rede Nacional de Microscopia Eletrónica (REDE/1511/RME/2005) da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT). Agradeço à Universidade do Minho o apoio financeiro através da Bolsa de Doutoramento.por
dc.language.isoporpor
dc.rightsopenAccesspor
dc.titleEstudo da utilização da microscopia eletrónica de varrimento em materiais com aplicações emergentes em nanotecnologia - caso particular de filmes finos de ZnO para aplicação em sistemas fotovoltaicospor
dc.typedoctoralThesiseng
dc.identifier.tid101366850por
thesis.degree.grantorUniversidade do Minhopor
sdum.uoeiEscola de Medicinapor
dc.subject.fosEngenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais-
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
DEM - Teses de Doutoramento / PhD Thesis

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