Журнал наномедицинских и биотерапевтических открытий
Открытый доступ

Абстрактный

Влияние ZnO и его нанокомпозита на производительность сенсибилизированного красителем солнечного элемента

Ханаа Селим

Было исследовано влияние легирования CuO наночастиц ZnO на производительность сенсибилизированных красителем солнечных элементов (DSSC). Первоначально наночастицы ZnO были синтезированы с использованием метода соосаждения, затем нанокомпозит ZnO-CuO был изготовлен новым методом Печини с использованием различных соотношений молярной концентрации CuO, применяемых в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (DSSC). Термическая, структурная, оптическая и электрическая характеристика была выполнена с использованием различных методов, таких как (TGA/DSC), XRD, HR-TEM, FT-IR, Raman, UV-DRS, PL, IV. Результаты анализа XRD показали, что композит CuO-ZnO имеет нанометровый размер, а существование нового пика при 38,65O соответствует вторичной фазе CuO, которая информирует о процессе легирования. Спектры UV-DRS легированных образцов показали красный сдвиг полосы отражения по сравнению с чистыми наночастицами ZnO, а спектры PL показали сильную полосу излучения при 400 нм. При оптимизированном состоянии тонкие пленки нелегированного ZnO ​​и легированного CuO ZnO были наклеены на стекло ITO с использованием техники импульсного лазерного осаждения (PLD) и использованы в качестве рабочих электродов в сенсибилизированных красителем солнечных элементах (DSSC). Эти рабочие электроды были сенсибилизированы красителем эозином и соединены с покрытым платиной катодом. Измерения IV показали улучшенные характеристики нанокомпозита ZnO-CuO DSSC с эффективностью 2,9% ± 0,22% при оптимальном легировании (ZC1.5), по сравнению с ZnO DSSC 1,26% ± 0,08%.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC), фотоэлектрическая технология третьего поколения, которая имеет значительные перспективы для недорогого преобразования солнечной энергии в электрическую по сравнению с обычными кремниевыми солнечными элементами из-за благоприятной окружающей среды, низкой стоимости, нетоксичности, хорошей температурной стабильности, стабильной генерации электроэнергии и простоты производства солнечных элементов, их ключевых компонентов, включая фотоанод, сенсибилизатор, электролит и противоэлектрод. Наноразмерное полупроводниковое соединение используется в качестве фотоанодов из-за их функций поглощения молекул красителя и переноса электронов. Оно должно иметь высокую скорость переноса электронов, чтобы уменьшить скорость рекомбинации электронов и повысить эффективность преобразования. Оксид цинка является одним из полупроводниковых соединений с различными морфологиями наноструктур и высокой подвижностью электронов. ZnO рассматривается как перспективный кандидат для DSSC из-за его подвижности носителей и прямой запрещенной зоны. ZnO является широкозонным полупроводником с 3,30 эВ при комнатной температуре. Низкоразмерные наноструктуры ZnO были тщательно исследованы из-за его уникальных структурных, электрических и оптических свойств. Это перспективный материал для многих оптоэлектронных приложений, таких как наноразмерные лазеры, пьезоэлектрические устройства, химические датчики и солнечные элементы. С другой стороны, оксид меди является одним из материалов-кандидатов. Особенности полупроводников из оксида меди - это относительно более высокое оптическое поглощение, низкая стоимость сырья и нетоксичность. CuO - это оксид переходного металла p-типа с узкой запрещенной зоной (Eg ~ 1,2 эВ), что близко к идеальной энергетической щели 1,4 эВ для солнечных элементов и обеспечивает хорошее спектральное поглощение солнечного излучения. Низкая ширина запрещенной зоны CuO позволяет поглощать во всем видимом спектре. Чтобы получить лучшее качество кристаллизации, лучшие оптические и электрические свойства, исследователи предпочли легирование в оксидах металлов. Цинк является важным элементом переходного металла, а Zn2+ имеет близкий параметр ионного радиуса к параметру Cu2+, что означает, что Zn может легко проникать в кристаллическую решетку CuO или замещать позицию Cu в кристалле. В этой работе нанокомпозит ZnO-CuO используется для повышения фотоэлектрических характеристик сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Первоначально эти материалы были синтезированы, а затем охарактеризованы с помощью TGA/DSC, XRD, HR-TEM, FT-IR, Raman, UV-DRS, PL и IV измерений.

В этой работе отмечено, что массивы наноотверстий также могут быть сформированы в наноряби, изготовленных с помощью облучения 800-нм фемтосекундным лазером в спиртовой среде. Диаметр отверстий составляет от 10 нм до 30 нм. Обратите внимание, что наноотверстия намного меньше длины волны падающего лазера, которая составляет 800 нм. Структура отличается от классических лазерно-индуцированных наноструктур в двух аспектах. Во-первых, размер составляет порядка десятков нанометров вместо сотен нанометров. Во-вторых, структуры могут быть сформированы только при облучении в жидкой среде. В частности, при облучении в спирте образуется больше массивов наноотверстий, и отверстия более однородны по сравнению с теми, которые образуются при облучении в воде. Этот метод может быть использован для изготовления наноструктур с глубокими субволновыми длинами волн с использованием лазерного облучения. Массивы наноотверстий характеризуются с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Кроме того, мы исследуем влияние скорости лазерного сканирования на массивы глубоких субволновых наноотверстий.