Оптические и фотовольтаические свойства нанокристаллов сульфида цинка, нанесенных на пленки ZnO:Al методом последовательной послойной реакционной адсорбции (метод SILAR)

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

M. Mehrabian Optical and photovoltaic properties of ZnS nanocrystals fabricated on Al:ZnO films using the SILAR technique (Оптические и фотовольтаические свойства нанокристаллов сульфида цинка, нанесенных на пленки ZnO:Al методом последовательной послойной реакционной адсорбции (метод SILAR)) [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 7. С. 42–50.

M. Mehrabian Optical and photovoltaic properties of ZnS nanocrystals fabricated on Al:ZnO films using the SILAR technique (Оптические и фотовольтаические свойства нанокристаллов сульфида цинка, нанесенных на пленки ZnO:Al методом последовательной послойной реакционной адсорбции (метод SILAR)) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 7. P. 42–50.

Ссылка на англоязычную версию:

M. Mehrabian, "Optical and photovoltaic properties of ZnS nanocrystals fabricated on Al:ZnO films using the SILAR technique," Journal of Optical Technology. 83(7), 422-428 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000422

Аннотация:

Для изготовления слоя ZnS в гибридных солнечных ячейках со структурой ITO/AZO/ZnS/P3HT/PCBM/Ag был применен метод последовательной послойной реакционной адсорбции (метод SILAR). Вначале на стеклянные подложки с нанесенным слоем ITO наносились слои ZnO, допированного алюминием различной концентрации (слои AZO) с целью выбора оптимального значения последней с точки зрения максимальной эффективности преобразования. Затем методом SILAR с различным числом циклов на слой ITO/AZO наносился слой ZnS, формируя таким образом высокоэффективные солнечные ячейки.
Методом рентгеноструктурного анализа подтверждено образование чисто кубической нанокристаллической структуры ZnS. Показано, что ширина щели квантовых точек ZnS изменяется в узких пределах – 3,8–4,0 эВ, в зависимости от количества циклов нанесения слоев. Исследовано влияние количества циклов на параметры солнечных панелей. Определены фотоэлектрические характеристики изготовленных ячеек в стандартных условиях солнечного освещения (атмосферный параметр AM 1,5, плотность мощности 100 мВт/см2). При шести циклах SILAR достигнута эффективность 3,25%.

Ключевые слова:

фотовольтаические свойства, ZnO:Al, квантовые точки ZnS, метод SILAR

Коды OCIS: 160.2100, 160.4760, 160.6000, 230.0250

Список источников:

1. Obaid A.S., Mahdi M., Hassan Z., Bououdina M. PbS nanocrystal solar cells fabricated using microwaveassisted chemical bath deposition // Intern. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. Is. 2. P. 807–815.
2. Kamat P.V., Tvrdy K., Baker D.R., Radich J.G. Beyond photovoltaics: Semiconductor nanoarchitectures for liquid-junction solar cells // Chem. Rev. 2010. V. 110. № 11. P. 6664–6688.
3. Ruhle S., Shalom M., Zaban A. Quantum-dot-sensitized solar cells // Chem. Phys. Chem. 2010. V. 11. P. 2290–2304.
4. Sero I.M., Bisquert J. Breakthroughs in the development of semiconductor-sensitized solar cells // J. Phys. Chem. Lett. 2010. V. 1. P. 3046–3052.

5. Yang L., Zhang Z., Fang Sh., Gao X., Obata M. Influence of the preparation conditions of TiO2 electrodes on the performance of solid-state dye-sensitized solar cells with CuI as a hole collector // Solar Energy. 2007. V. 81. P. 717–722.
6. Gregg B.A., Pichot F., Ferrere S., Fields C.L. Interfacial recombination processes in dye-sensitized solar cells and methods to passivate the interfaces // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. P. 1022–1429.
7. Nusbaumer H., Moser J.E., Zakeeruddin S.M., Nazeeruddin M.K., Grätzel M. CoII(dbbip)22+ Complex Rivals Tri-iodide/Iodide redox mediator in dye-sensitized photovoltaic cells // J. Phys. Chem. B. 2001. V. 105. № 43. P. 10461–10464.
8. Rawalekar S., Verma S., Kaniyankandy S., Ghosh H.N. Interfacial electron transfer dynamics in quinizarin sensitized ZnS nanoparticles: Monitoring charge transfer emission // Langmuir. 2009. V. 25. № 5. P. 168–172.
9. Popescu V., Nascu H.I., Darvasi E. Optical properties of PbS-CdS multilayers and mixed (CdS + PbS) thin films deposited on glass substrate by spray pyrolysis // J. Optoelectronics and Advanced Mater. 2006. V. 8. P. 1187–1193.
10. Prabaha S., Suryanaranyanan N., Rajasekar K., Srikanth S. Lead selenide thin films from vacuum evaporation method-structural and optical properties // Chalcogenide Lett. 2009. V. 6. P. 203–211.
11. Farady M., Hochbaum A.I., Goldberger J., Zhang M., Tang P. Synthesis and thermoelectrical characterization of lead chalcogenide nanowires // Advanced Mater. 2007. V. 19. P. 3047–3051.
12. Pathan H.M., Lokhande C.D. Deposition of metal chalcogenide thin films by successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method // Bull. Mater. Sci. 2004. V. 27. P. 85–111.
13. Joo J., Kim D., Yun D.J., Jun H., Rhee S.W., Lee J.S., Yong K., Kim S., Jeon S. The fabrication of highly uniform ZnO/CdS core/shell structures using a spin-coating-based successive ion layer adsorption and reaction method // Nanotechnology. 2010. V. 21. № 32. P. 325604–6.
14. Im S.H., Kim H.J., Seok S.I. Near-infrared responsive PbS-sensitized photovoltaic photodetectors fabricated by the spin-assisted successive ionic layer adsorption and reaction method // Nanotechnology. 2012. V. 22. P. 2157–2165.
15. Zhang L., Qin D., Yang G., Zhang Q. The investigation on synthesis and optical properties of ZnS:Co nanocrystals by using hydrothermal method // Chalcogenide Lett. 2012. V. 9. P. 93–98.
16. Palve A.M., Garje S.S. A facile synthesis of ZnS nanocrystallites by pyrolysis of single molecule precursors, Zn (cinnamtscz)2 and ZnCl2 (cinnamtsczH)2 // Bull. Mater. Sci. 2011. V. 34. P. 667–671.
17. Tu W., Liu H. Rapid synthesis of nanoscale colloidal metal clusters by microwave irradiation // J. Mater. Chem. 2000. V. 10. P. 2207–2211.
18. Zhijie S.Q., Zeng X., Zhang C., Shi M., Tan F., Wang Z. Synthesis of MDMO-PPV capped PbS quantum dots and their application to solar cells // Polymer. 2008. V. 49. P. 4647–4651.
19. Yang Z., Zhang Q., Xi J., Park K., Xu X., Liang Z., Cao G. CdS/CdSe co-sensitized solar cell prepared by jointly using successive ion layer absorption and reaction method and chemical bath deposition process // Sci. Advanced Mater. 2012. V. 4. P. 1013–1017.
20. Shen Q., Kobayashi J., Diguna L.J., Toyoda T. Effect of ZnS coating on the photovoltaic properties of CdSe quantum dot-sensitized solar cells // Appl. Phys. 2008. V. 103. Is. 8. P. 084304–084309.
21. Rahdar A. Effect of mercaptoethanol and Na2S dropwise addition rate on zinc sulfide semiconductor nanocrystals: Synthesis and characterization // J. Nanostructure in Chem. 2013. V. 3. Is. 61. P. 8865–8869.
22. Musat V., Teixeira B.H., Fortunato E., Monteiro R.C.C., Vilarinho P. Al-doped ZnO thin films by sol-gel method // Surf. Coat. Technol. 2004. V.180. P. 659–662.
23. Karaagac H., Yengel E., Islam M.S. Physical properties and heterojunction device demonstration of aluminumdoped ZnO thin films synthesized at room ambient via sol-gel method // J. Alloys and Compounds. 2012. V. 521. P. 155–162.
24. Mondal S., Kanta K.P., Mitra P. Preparation of Al-doped ZnO (AZO) thin film by SILAR // J. Phys. Sci. 2008. V. 12. Р. 221–229.
25. Gonzalez A.E.J., Urueta J.A.S. Optical transmittance and photoconductivity studies on ZnO:Al thin films prepared by the sol-gel technique // Solar Energy Materials and Solar Cells. 1998. V. 52. № 3. P. 345–353.
26. Xue S.W., Zu X.T., Zheng W.G., Deng H.X., Xiang X. Effects of Al doping concentration on optical parameters of ZnO:Al thin films by sol-gel technique // Physica B. 2006. V. 381 P. 209–213.
27. Tewari S., Bhattacharjee A. Structural, electrical, optical and sensing properties on spray-deposited aluminum doped ZnO thin films // Indian Academy of Sciences. 2011. V. 76. № 1. P. 153–163.