KFUPM ePrints

Enhanced CVD-grown graphene transfer for solar cell application

l Enhanced CVD-grown graphene transfer for solar cell application. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
Restricted to Abstract Only until 09 August 2019.

6Mb

Arabic Abstract

الجرافين اصبح أحد أكثر المواد ثنائية الأبعاد التي تمت دراستها على نطاق واسع منذ فصلها عن طريق جيم - نوفوسيلوف في عام .2004وقد تم استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات بسبب السرعة المذهلة فى نقل الالكترونات والقوة الميكانيكية والتوصيل الحراري. تتراوح تطبيقات الجرافين من الإلكترونيات إلى تخزين و تحويل الطاقة. يعد الترسب بالتبخير الكيميائي طريقة شائعة لنمو الجرافين على سطح معدني كمحفز ، حيث إنه يعزز نمو منطقة كبيرة ومنتظمة من جرافين. هذا يتطلب خطوة إضافية لنقل الجرافين إلى الركائز المختلفة لتصنيع الأجهزة القائمة على الجرافين. تشتمل عملية نقل الجرافين على العديد من التحديات مثل وجود بقايا بوليمرية / معدنية ، وتوليد العديد من العيوب الخارجية (التمزقات ، والشقوق والتجاعيد) ، والالتصاق الضعيف بين الجرافين والركيزة المستهدفة . كل هذه الأنواع من العيوب تقلل خصائص الجرافين وبالتالي تؤثر على أداء الأجهزة المصنعة من الجرافين. في هذا العمل ، ينمو الجرافين على رقائق النحاس باستخدام تقنية الترسيب بالتبخير الكيميائى .بعد ذلك ، يتم نقله إلى رقاقة من السيليكون عليها طبقة من ثانى اكسيد السيليكون) (SiO2 / Siباستخدم طبقة من بوليمرالبولى ميثيل ميتاكريلات. يتم تحسين علمية ترسب بوليمرالبولى ميثيل ميتاكريلات وعملية اذابة طبقة النحاس لضمان الحد الأدنى من وجود بقايا بوليمرية / معدنية على سطح الجرافين. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنظيف سطح الركيزة المستهدفة من السيليكون ذات طبقة ثانى اكسيد السليكون ) (SiO2 / Siباستخدام عدة معالجات مسبقة للسطح (على سبيل المثال معالجة البلازما وحمض الهيدروفلوريك ومحلول الأمونيا) لتعزيز الالتصاق بالجرافين المحول ومن ثم تقليل تكوين التجاعيد واتمزقات والشقوق . باستخدام أسلوب النقل الحر ، يتم نقل طبقة الجرافين أي ًضا على سطح طبقة من أكسيد الزنك الموجودة على ركيزة من الزجاج لدراسة قدرتها و اماكنية استخدامها فى تطبيقات الخلايا الشمسية. وقد تم استخدام تقنيات توصيف مختلفة بما في ذلك المسح المجهري الإلكتروني ، والمجهر الذري ، والطيفي لتحليل جودة الجرافين قبل وبعد النقل. بعد ذلك ، يتم قياس الخواص الكهربائية والضوئية (مقاومة الكهربائية وامتصاص الضوء المرئي فوق البنفسجي) لتقييم أثر عملية النقل على خصائص طبقة الجرافين

English Abstract

Graphene has become one of the most widely studied 2D materials since its separation by Geim-Novoselov in 2004. It has been used in a wide range of applications due to its incredible carrier mobility, mechanical strength and thermal conductivity. The applications of graphene are ranging from electronics to energy storage and conversion. Chemical vapor deposition (CVD) is a common method for growing graphene on a metal surface as a catalyst, since it promotes growth of large area and high uniform graphene film. This requires an additional step to transfer graphene onto other target substrates toward fabrication of graphene-based devices. Graphene transfer process comprises many challenges such as presence of polymeric/metal residuals, generation of several extrinsic defects (tears, cracks and wrinkles) and weak adhesion between graphene and underlying target substrate. All these kinds of imperfections degrade graphene properties and hence affect the performance of the fabricated graphene-based devices. In this work, graphene is grown on copper (Cu) foil using CVD technique. Afterwards, it is transferred to SiO2/Si substrate using polymethylmethacrylate (PMMA) standard transfer method. Deposition of PMMA along with Cu etching process are optimized to ensure minimum polymeric/metallic contamination (residues) on transferred graphene film. In addition, the target substrate (SiO2/Si) surface is cleaned using several surface pretreatments (e.g. Plasma treatment, Hydrofluoric acid and Ammonia solution) to enhance its adhesion to the transferred graphene and hence reduce the formation of wrinkles, tears and cracks. Using free transfer method, graphene layer is also transferred onto the surface of zinc oxide film deposited on a glass to study its potential for solar cell application. Different characterization techniques have been used including scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), and Raman spectroscopy to analyze the quality of graphene before and after transfer. Then, the electrical and optical properties (sheet resistance and ultraviolet-visible light absorption) are measured to evaluate the impact of transfer process on the properties of transferred graphene layer.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Laoui, Tahar
Committee Members:Mohammed, Abdul Samad and Salhi, Billel
ID Code:140789
Deposited By:AHMED ABDELAAL (g201535730)
Deposited On:09 Aug 2018 10:37
Last Modified:09 Aug 2018 10:37

Repository Staff Only: item control page