Дисертаційна робота присвячена розробці матеріалознавчих основ керування структурно-чутливими характеристиками наночастинок (НЧ) та плівок сполук CuO, ZnO:Al, SnS, одержаних методами друку, зокрема покрапельним 3D друком та розпиленням наночорнил на скляні та гнучкі підкладки за різних фізико-технологічних умов. Особливу увагу приділено оптимізації характеристик цих матеріалів шляхом післяростового термічного відпалу одношарових та двошарових структур на їх основі. Як результат, були створені плівки та прототипи приладових структур з гетеропереходом
n-ZnO/p-CuO, які мають потенціал для подальшого використання у геліоенергетиці, сенсориці та гнучкій електроніці. Результати роботи можуть сприяти вдосконаленню технологічних процесів нанесення плівок оксидних та халькогенідних сполук та розширенню застосувань цих матеріалів у сучасних енергетичних та електронних приладах і пристроях.
Для досягнення мети роботи, спочатку були розроблені лабораторні методи синтезу та проведено вибір прекурсорів для одержання однофазних НЧ оксидів та сульфідів металів з заданими характеристиками (складом, фазою, формою, структурою). Потім з використанням синтезованих частинок отримували наночорнила з потрібною густиною та в’язкістю для нанесення плівок масштабованими, енергоефективними, безвакуумними методами друку. З метою усунення зі складу органічних домішок, що використовувалися під час синтезу НЧ та при створенні чорнил, плівки піддавали післяростовій термічній обробці. Відпал також дозволяє зменшити кількість дефектів у структурі тонких шарів, підвищити кристалічну якість матеріалу, покращити його електронні та оптичні властивості, що важливо для забезпечення стабільності та ефективності плівок у подальшому їх використанні в різних технологічних і промислових застосуваннях.
Беручи до уваги вищенаведені аспекти, були визначені оптимальні умови синтезу НЧ сполук CuO, ZnO:Al, SnS. Зокрема, для синтезу НЧ CuO і ZnO:Al було використано поліольно-колоїдний метод, який дозволяє точно контролювати морфологію та розмір частинок. Для отримання НЧ сполуки SnSx проводили п’ять синтезів – поліольно-колоїдний з прекурсорами CS(NH2)2, Na2S, CH3C(S)NH2 при температурі 483 К та синтез у водно-амоніачному розчині з прекурсорами CH3C(S)NH2, Na2S при температурі 293 К. Показано, що НЧ синтезовані у триетаноламіні (ТЕА) при 293 К з осаджувачем Na2S мали стехіометрію найбільш близьку до сполуки SnS, в той час як синтез в діетиленгліколі (ДЕГ) при 483 К з осаджувачем CH3C(S)NH2 дозволив отримати частинки сполуки SnS2.
Одержані НЧ диспергували в екологічно безпечних та нетоксичних розчинниках таких як суміш вода-спирт-гліколь-ПВП, щоб створити чорнила з контрольованими характеристиками. Ці розчинники забезпечують стабільність частинок у суспензії, що дозволяє точно налаштовувати властивості наночорнил, такі як текучість, в’язкість та адгезія до підкладки.
Для нанесення суцільних плівок сполуки CuO покрапельним друком був використаний 3D принтер зібраний в лабораторії раніше. Однак, для друку наночорнилами, стандартний екструдер не підходив через специфічні вимоги до в’язкості та рівномірності подачі наночорнил. Тому, стандартний екструдер був замінений на розроблений спеціалізований для друку рідкими або напіврідкими матеріалами. Новий екструдер оснащений системою дозування, яка забезпечує точний контроль подачі наночорнил у вигляді крапель.
Плівки ZnO, ZnO:Al та SnS наносили методом розпиленням чорнил. Для цього був використаний аерограф з діаметром сопла 0,2 мм. Використані методи дозволили отримувати зразки з відтворюваними характеристиками, що забезпечило високу стабільність і надійність одержаних результатів.
Проведено дослідження елементного складу, морфологічних, структурних, субструктурних, оптичних та електричних характеристик НЧ та плівок CuO, ZnO:Al, SnS у залежності від фізико-технологічних умов отримання, а саме методів синтезу, температури термічного відпалу
Ta = (423-773 K), середовища відпалу та вмісту легуючої домішки (Al – 1, 2, 3, 5, 7, 10 ат. %). Це було необхідно для глибшого розуміння впливу різних технологічних параметрів на характеристики матеріалів, з метою оптимізації процесів їх виготовлення для забезпечення стабільних та відтворюваних характеристик, що є критично важливим для подальшого використання цих сполук для створення ФЕП, сенсорів та елементів гнучкої електроніки.
Під час досліджень був створений прототип сонячного елементу (СЕ) зі складною структурою ITO/ZnO(1ат.%Al)/n-ZnO/p-CuO, після чого проведено вимірювання світлових і темнових вольт-амперних характеристик (ВАХ) приладу при різних температурах відпалу.
