Progettazione e nanofabbricazione di un microcondensatore guidato dalla luce per applicazioni di accumulo di energia

Abstract

Una popolazione in crescita e la transizione verso le energie rinnovabili stanno alimentando i progressi nelle tecnologie all'avanguardia verso lo sviluppo di strutture microscopiche in grado di raccogliere e immagazzinare energia luminosa. Questa tesi si concentra sul nuovo approccio alla progettazione e alla nanofabbricazione di un microcondensatore guidato dalla luce per applicazioni di accumulo di energia. I materiali utilizzati in questo lavoro sono costituiti da ossido di indio drogato con stagno (materiale 0-D) che funge da sorgente di carica guidata dalla luce con monostrato di bisolfuro di molibdeno (materiale 2-D). La costruzione del dispositivo proposto incorpora numerose tecniche di nanofabbricazione come la litografia ottica, gli evaporatori a fascio elettronico per la deposizione di materiale, le deposizioni chimiche da vapore e le tecniche di deposizione in soluzione come lo spin coating e il dip coating. Per valutare l'adeguatezza e le prestazioni della nanofabbricazione, sono state condotte diverse tecniche di caratterizzazione. Misurazioni ottiche come la microfotoluminescenza (µ-PL) e la spettroscopia Raman sono state utilizzate per valutare le proprietà dei materiali durante la nanofabbricazione. La caratterizzazione elettrica include misurazioni basate su curve IV per materiale 0-D e 2-D per valutare l'architettura dell'elettrodo e i processi basati su soluzione nella nanofabbricazione. In questa tesi sono stati eseguiti metodi di deposizione come lo spin coating e il dip coating. L'imaging S.E.M è stato utilizzato per comprendere l'andamento della deposizione in regioni confinate. Dopo la valutazione delle misurazioni effettuate, si è scoperto che il processo di nanofabbricazione non modifica le proprietà del materiale e che il progetto complessivo dell'intero processo era fattibile per l'architettura del dispositivo. Nonostante le sfide e le complessità coinvolte, questo lavoro mostra che la nanofabbricazione di un supercond

A growing population and the transition towards renewables are fueling the advancements in state of-the-art technologies towards development of microscopic structure capable of harvesting and storing light energy. This thesis focuses on the novel approach towards design and nanofabrication of a light driven 0D-2D coupled micro capacitor for energy storage applications. Materials used in this work consist of tin-doped indium oxide (0-D material) acting as a localized light driven charge source and monolayer of Molybdenum Disulfide (2-D material) serving as a hole scavenger. The proposed device construction incorporates numerous techniques of nanofabrication such as optical lithography, Material depositing E-beam evaporators, chemical vapor depositions and solution deposition techniques like spin coating and dip coating. To evaluate the appropriateness and performance of the nanofabrication, several characterization techniques were conducted. Optical measurements such as micro-photoluminescence (µ-PL) and Raman spectroscopy were used to evaluate material properties during nanofabrication. Electrical characterization includes measurements based on I-V curves for both 0-D and 2-D material to assess the electrode architecture and solution-based processes in nanofabrication. Deposition methods such as spin coating and dip coating were performed in this thesis and S.E.M imaging was used to understand the deposition trend in confined regions. Upon evaluation of the measurements made, it was found out that the nanofabrication process does not change the material properties and the overall design of the entire processes were feasible for the device architecture. Despite the challenges and complexities involved, this work shows that the nanofabrication of a heterostructure based supercapacitor is achievable and is paving a promising way towards future innovations and applications in energy storage systems. Keywords: nanofabrication, light-driven, 0D-2D