Исследователи синтезировали графеновые квантовые точки для применения в солнечных элементах

Ученые из Национального технологического института, Индия, синтезировали сине-зелено-оранжевые фотоэмиссионные квантово-точечные графены (SNGQD), смешанные с серой и азотом, с использованием гидротермальной техники.

Квантовые точки графена сенсибилизировали фотоаноды C-ZnO для применения в солнечных элементах. (Изображение предоставлено авторами)

Эти GQD демонстрировали надежное фотопоглощение в видимой УФ-области и фотоэмиссию в зависимости от возбуждения, которые находят применение в экономичных, экологически чистых солнечных элементах. Подробности исследования можно прочитать в статье, которая будет опубликована в следующем издании NANO .

Квантовые точки графена (GQD) превратились в новый тип нульмерного (0D) углеродного наноматериала, состоящего из 2–10 монослойных графенов с размером ~ 30 нм. Эти КТ обладают исключительными электронными и оптическими свойствами и применяются в широком спектре приложений, таких как фотоэлектрохимический (PEC), фотоприемник, фотокатализ, солнечные элементы, биоизлучение, светодиод (LED), детектор ионов металла и электролюминесцентные устройства. Что более важно, оптическое поглощение и излучение GQD могут быть настроены в широком спектральном диапазоне (400-700 нм), просто легируя ряд элементов, таких как S, B, N, F и т. Д.

Команда ученых из Отдела физики и Отдела электроники и коммуникационной техники Национального технологического института, Индия, улучшила свойства PEC конусоподобных наностержневых фотоанодов ZnO путем легирования C и сенсибилизации с помощью S, N Совместно легированные GQD (SNGQD). Нанотаперы ZnO (ZnO NT) и SNGQD были синтезированы экономичным гидротермальным процессом. Фотоаноды ZnO NT, сенсибилизированные SNGQD, были исследованы в солнечных элементах, сенсибилизированных квантовыми точками (QDSSC).

Для изготовления DSSC в качестве рабочих электродов использовались фотоаноды C-ZnO с наночастицами C-ZnO (НТ SNGQD / C-ZnO), украшенные SNGQD, а FTO, покрытый наночастицами Pt, использовался в качестве противоэлектрода. Два электрода были запечатаны с использованием термоплавких пластиковых прокладок (толщиной 25 м, Solaronix) и электролит на основе йода (Iodolyte Z-50, Solaronix) был залит между электродами.

Изображения SNGQD с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM) хранили в режиме постукивания с помощью микроскопа Bruker Nanoscope-8. Сканирующее электронное микроскопическое исследование (СЭМ) нанопластов ZnO было выполнено с использованием электронного микроскопа ZEISS SUPRA 40. Исследования с использованием просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) SNGQD и нанотапок ZnO были выполнены с использованием электронного микроскопа JEOL JEM-2100F. Спектрометр PerkinElmer Lambda 950 использовался для измерения УФ-видимого спектра поглощения в диапазоне длин волн 200–800 нм. Измерения фотолюминесценции (ФЛ) при комнатной температуре проводились при различных длинах волн возбуждения (340–560 нм) с помощью флуоресцентного спектрометра PerkinElmer LS 55. Химический состав и связь SNGQDs и C-легированных ZnO NT исследовали с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра (XPS) (PHI 5000 Versa Probe II). Вольт-амперные характеристики (J-V) устройств на солнечных элементах измерялись с помощью измерителя источника (B2912A, Agilent, США) при освещении светом 100 мВт / см 2 (AM). 1.5) с солнечного симулятора (Enlitech, Тайвань).

Ростовые SNGQD состояли из одного-четырех монослоев графена со средним диаметром 4-25 нм. Химическая связь и присутствие S и N в сети GQD были проверены с помощью измерений XPS. Видимый в УФ-спектре SNGQD выявил четыре пика поглощения при 261, 341, 469 и 552 нм. Эти пики приписываются электронным переходам из η → η * в sp 2 C = C, η → η * в C = O, η → η * в C = N и η → η * в C = S связи соответственно. SNGQD являются очень люминесцентными и показывают зависящую от возбуждения фотоэмиссию в видимом спектре.

PEC-активность фотоанодов на основе наноструктурированных ZnO была усилена путем связывания SNGQD с наноразмерными наночастицами ZnO, легированными C. SNGQD-сенсибилизированные NT C-ZnO показали более высокую эффективность фотопреобразования (n ~ 1,46%) и эффективность преобразования падающего фотона в ток (IPCE ~ 92,48% при 340 нм) по сравнению с нелегированными NT ZnO и NT C-ZnO. Фотоэлектрические характеристики таких SNGQD-сенсибилизированных фотоанодов были успешно обнаружены в приложениях QDSSC. Стандартное устройство QDSSC продемонстрировало J SC ~ 3,04 мА / см 2 V OC ~ 0,45 В и эффективность преобразования мощности n p ~ 0,59%, что значительно улучшено по сравнению с другими фотоанодами на основе ZnO. Это текущее исследование доказало потенциальное использование украшенных SNGQD фотоанодов C-ZnO NT для экономичного, экологичного применения QDSSC.

Это исследование было спонсировано грантом CSIR Extramural Research Grant, санкция № 03 (1316) / 14 / EMR-II, правительство Индии.

Источник: https://www.worldscientific.com

Source link