Фотоактивные слои на основе наностержней ZnO, полученных гидротермальным синтезом, для сенсибилизированных красителями солнечных элементов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрено применение наностержней оксида цинка ZnO различной высоты, полученных гидротермальным синтезом, в качестве функциональных слоев для сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Структура, морфология и оптические свойства слоев наностержней были исследованы методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии, оптической спектроскопии. Изготовлены фотоаноды с использованием красителей на основе тиено[3,2-b]индола IS 4 и IS 9. Механизм адсорбции красителей и структур ZnO был изучен методом ИК-спектроскопии. С помощью фотоэлектрохимических измерений была исследована эффективность работы фотоанодов. Показана зависимость эффективности сенсибилизированных красителем солнечных элементов от длины наностержней. Максимальный результат преобразования света был получен для фотоанода со средней высотой наностержней 2.5 мкм и адсорбированным красителем IS 4.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. П. Аверочкин

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: aep1997@rambler.ru
Россия, пл. Шокина, 1, Москва, 124498

А. С. Степарук

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, ул. С. Ковалевской, 22/20, Екатеринбург, 620137

Е. В. Текшина

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Д. А. Крупанова

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, пл. Шокина, 1, Москва, 124498; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

В. В. Емец

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991

Л. С. Волкова

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, пл. Шокина, 1, Москва, 124498

Р. М. Рязанов

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, пл. Шокина, 1, Москва, 124498

Е. А. Лебедев

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: aep1997@rambler.ru
Россия, пл. Шокина, 1, Москва, 124498

С. А. Козюхин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Томский государственный университет

Email: aep1997@rambler.ru

химический факультет

Россия, Ленинский пр-т, 31, Москва, 119991; ул. Аркадия Иванова, 49, Томск, 634050

Список литературы

  1. Kumar V., Gupta R., Bansal A. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. P. 6212. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01012
  2. Kim K.H., Utashiro K., Abe Y., Kawamura M. // Materials. 2014. V. 7(4). P. 2522. https://doi.org/10.3390/ma7042522
  3. Kumar R., Umar A., Kumar G. et al. // Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 4743. https://doi.org/10.1007/s10853-016-0668-z
  4. Shah M.A. // Mod. Phys. Lett. B. 2008. V. 22. № 26. P. 2617. https://doi.org/10.1142/S0217984908017126
  5. Samanta P.K., Bandyopadhyay A.K. // Appl. Nanosci. 2012. V. 2. P. 111. https://doi.org/10.1007/s13204-011-0038-8
  6. Li X., Li R., Feng X. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 1386. https://doi.org/10.1134/s0036023623601307
  7. Bouarroudj T., Aoudjit L., Nessaibia I. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. P. 1074. https://doi.org/10.1134/S0036024423050278
  8. Duangnet L., Phuruangrat A., Thongtem T. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 721. https://doi.org/10.1134/S0036023622050114
  9. Djurisic A.B., Chen X., Leung, Y.H. et al. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 6526. https://doi.org/10.1039/c2jm15548f
  10. Guell F., Galdamez-Martinez A., Martinez-Alanis P.R. et al. // Mater. Adv. 2023. V. 4. P. 3685. https://doi.org/10.1039/D3MA00227F
  11. Mokrushin A.S., Gorban Y.M., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 2099. https://doi.org/10.1134/S0036023622601520
  12. Ulyankina A.A., Tsarenko A.D., Molodtsova T.A. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. P. 1032. https://doi.org/10.1134/S1023193523120145
  13. Grätzel M. // Prog. Photovolt: Res. Appl. 2006. V. 14. № 5. P. 429. https://doi.org/10.1002/pip.712
  14. Grifoni F., Bonomo M., Naim W. et al. // Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. P. 1. https://doi.org/10.1002/aenm.202101598
  15. Ahmad W., Mehmood U., Al-Ahmed A. et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 222. P. 473. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.10.200
  16. Tiwana P., Docampo P., Johnston M.B. et al. // ACS Nano. 2011. V. 5. P. 5158. https://doi.org/10.1021/nn201243y
  17. Sufyan M., Mehmood U., Qayyum Gill Y. et al. // Mater. Lett. 2021. V. 297. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130017
  18. Qu, J., Lai C. // J. Nanomater. 2013 V. 2013. P. 1. https://doi.org/10.1155/2013/762730
  19. Law M., Greene L.E., Johnson J.C. et al. // Nat. Mater. 2005. V. 4. P. 455. https://doi.org/10.1038/nmat1387
  20. Marimuthu T., Anandhan N. // AIP Conf. Proc. 2015. V. 1728. P. 020621-1. https://doi.org/10.1063/1.4946672
  21. Yodyingyong S., Zhang Q., Park K. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 7. P. 073115-1. https://doi.org/10.1063/1.3327339
  22. Brown P., Takechi K., Kamat P.V. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 12. P. 4776. https://doi.org/10.1021/jp7107472
  23. Bharat T.C., Shubham, Mondal S. et al. // Mater. Today: Proc. 2019. V. 11. P. 767. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.041
  24. Lin C.C., Li Y.Y. // Mater. Chem. Phys. 2009. V. 113. P. 334.
  25. Gan Y.X., Jayatissa A.H., Yu Z. et al. // J. Nanomater. 2020. V. 2020. P. 1. https://doi.org/10.1155/2020/8917013
  26. Edalati K., Shakiba A., Vahdati-Khaki J., Zebarjad S.M. // Mater. Res. Bull. 2016. V. 74. P. 374. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.001
  27. Mohajerani M.S., Lak A., Simchi A. // J. Alloys Compd. 2009. V. 485. № 1–2. P. 616. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.06.054
  28. Steparuk A.S., Irgashev R.A., Zhilina E.F. et al. // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. 2022. V. 33. P. 6307. https://doi.org/10.1007/s10854-022-07805-w
  29. Iyengar P., Das C., Balasubramaniam K.R. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. № 10. P. 1. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa5875
  30. Chowdhury M.S., Rahman K.S., Selvanathan V. et al. // RSC Advances. 2021. V. 11. № 24. P. 14534. https://doi.org/10.1039/D1RA00338K
  31. Yang F., Ma S., Zhang X. et al. // Superlattices Microstruct. 2012. V. 52. № 2. P. 210. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.05.004
  32. Jeon E.H., Yang S., Kim Y. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2015. V. 10. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1063-4
  33. Khan A., Hussain M., Nur O. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. № 34. P. 1. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/34/345102
  34. Maikap A., Mukherjee K., Mondal B., Mandal N. // RSC Advances. 2016. V. 6. P. 64611. https://doi.org/10.1039/C6RA09598D
  35. Laha P., Nazarkin M., Volkova A.V. et al. // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. P. 101904. https://doi.org/10.1063/1.4913909
  36. Li J.Y., Chen X.L., Li H. et al. // J. Cryst. Growth. 2001 V. 233. P. 5. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)01509-3
  37. Tauc J., Scott T.A. // Phys. Today. 1967. V. 20. № 10. P. 105. https://doi.org/10.1063/1.3033945
  38. Musa I., Qamhieh N., Mahmoud S.T. // Res. in Phys. 2017. V. 7. P. 3552. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.09.035
  39. Idiawati R., Mufti N., Taufiq A. et al. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2017. V. 202. P. 012050. https://doi.org/10.1088/1757-899X/202/1/012050
  40. Zhang L., Cole J.M. // ACS Appl. Mater. and Interfaces. 2015. V. 7. P. 3427. https://doi.org/10.1021/am507334m
  41. Bojarski J.T., Mokrosz J.L., Barton H.J. et al. // Adv. Heterocycl. Chem. 1985. V. 38. P. 229. https://doi.org/10.1016/S0065-2725(08)60921-6

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурные формулы красителей IS 4 и IS 9.

Скачать (53KB)
Метаданные
3. Рис 2. Рентгеновская дифрактограмма массивов наностержней ZnO на стеклянной подложке со слоем FTO. Звездочкой обозначены рефлексы, соответствующие проводящему слою FTO.

Скачать (63KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображения наностержней ZnO, ориентированных на стеклянной проводящей подложке, с различным временем роста: a, в – 30 мин; б, г – 120 мин.

Скачать (462KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Нормированные спектры поглощения (a) и расчет ширины запрещенной зоны (б) наностержней ZnO, полученных в течение 30 (1) и 120 мин (2).

Скачать (212KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры поглощения наностержней ZnO, полученных в течение 30 (a) и 120 мин (б) без красителей и с красителями IS 4, IS 9, адсорбированными на поверхности ZnO: 1 – ZnO; 2 – IS 4 на ZnO; 3 – IS 9 на ZnO.

Скачать (210KB)
Метаданные
7. Рис. 6. ИК-спектры пропускания красителей IS 4 (a) и IS 9 (б), адсорбированных на поверхности ZnO: 1 – краситель; 2 – краситель на ZnO; 3 – ZnO.

Скачать (343KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вольт-амперные характеристики образцов фотоанодов 1–4 с красителями IS 4 и IS 9. На вставке представлено изображение фотоанода с адсорбированным красителем.

Скачать (105KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Квантовая эффективность образца 3.

Скачать (161KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024