توليف الهرمي أكسيد الزنك / CdSSe Heterostructure Nanotrees
Summary
هنا، ونحن نستعد وتميز الهرمية النانو أكسيد الزنك / CdSSe شجرة تشبه رواية، حيث تزرع فروع CdSSe على أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا. وnanotrees الناتجة هي الإمكانات المادية لتحويل الطاقة الشمسية وغيرها من الأجهزة البصريات الالكترونية.
Abstract
ومن هنا يعملون إجراء ترسيب الأبخرة الكيميائية من خطوتين لإعداد هرمية أكسيد الزنك / CdSSe مغاير النانو مثل شجرة. وتتكون هياكل فروع CdSSe نمت على أسلاك أكسيد الزنك التي تتماشى عموديا على ركيزة الياقوت شفافة. وقد تم قياس مورفولوجية عن طريق المجهر الإلكتروني. تم تحديد التركيب البلوري من خلال تحليل مسحوق حيود الأشعة السينية. كل من أكسيد الزنك الجذعية وفروع CdSSe يكون لها هيكل الكريستال في الغالب wurtzite. وقد تم قياس نسبة الخلد من S وسي في فروع CdSSe من التشتت طاقة الأشعة السينية التحليل الطيفي. فروع CdSSe تؤدي إلى امتصاص قوي الضوء المرئي. أظهر معان ضوئي (PL) الطيفي أن الجذع والفروع تشكيل متغاير النوع الثاني. وأظهرت قياسات العمر PL انخفاض في عمر الانبعاثات من الأشجار بالمقارنة مع الانبعاثات من أكسيد الزنك الفردية ينبع أو فروع CdSSe وتشير نقل تهمة سريع بين CdSSe وأكسيد الزنك. وفيرتيمحاذاة ساتيا أكسيد الزنك ينبع توفير ممر نقل الإلكترون مباشر إلى الركيزة والسماح لفصل تهمة كفاءة بعد photoexcitation من الضوء المرئي. مزيج من الخصائص المذكورة أعلاه يجعل أكسيد الزنك / CdSSe nanotrees المرشحين واعد للتطبيقات في الخلايا الشمسية، وتحفيز ضوئي، وأجهزة البصريات الالكترونية.
Introduction
أكسيد الزنك هو أشباه الموصلات II-VI يضم فجوة (BG) من 3.3 فولت، والتنقل الإلكترون عالية، و1،2 الطاقة الأكسيتون كبير ملزم. ومن المواد شبه الموصلة وفيرة مع عدد كبير من التطبيقات الحالية والمستقبلية في الأجهزة البصرية، والخلايا الشمسية، وتحفيز ضوئي. ومع ذلك، أكسيد الزنك شفافة، مما يحد من تطبيقها في النطاق الطيفي المرئي. لذلك، ومواد امتصاص الضوء المرئي، مثل أشباه الموصلات ضيق الفجوة 3، جزيئات الصبغة 4، والبوليمرات حساس 5، وكثيرا ما استخدمت لتوعية أكسيد الزنك لامتصاص الضوء المرئي.
أقراص مدمجة (BG 2.43 فولت) وسيلينيد الكادميوم (BG 1.76 فولت) شائعة الثاني إلى السادس أشباه الموصلات ضيق الفجوة وتم التحقيق بشكل مكثف. المعلمات BG وشعرية من سبيكة الثلاثي CdSSe يمكن تعديلها من خلال تغيير نسب الخلد مكونات السادس 6،7. وقد تم الإبلاغ عن nanocomposites أكسيد الزنك / CdSSe أن يؤدي إلى photov كفاءةتحويل الطاقة oltaic 8،9.
الجمع بين الكفاءة مسار نقل الإلكترون من أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا نحو الركيزة مع تحسين امتصاص الضوء المرئي من فروع CdSSe أدى إلى كفاءة نقل الإلكترون بين الجذع والفروع 9،10. وبالتالي، فإننا توليفها تشبه شجرة أكسيد الزنك / CdSSe البنية النانوية الجديدة، حيث زينت أسلاك أكسيد الزنك الانحياز عموديا مع فروع CdSSe. هذه المواد المركبة يمكن أن تكون بمثابة لبنة في بناء أجهزة تحويل الطاقة الشمسية الجديدة.
يصف هذا البروتوكول كيف تزرع صفائف أسلاك متناهية الصغر أكسيد الزنك على ركيزة الياقوت بخطوة واحدة ترسيب الأبخرة الكيميائية (الأمراض القلبية الوعائية) من أكسيد الزنك وC المساحيق، وبعد الإجراء الذي سبق أن نشرت 11. بعد نمو الأسلاك النانوية أكسيد الزنك، ويعمل الخطوة الثانية من الأمراض القلبية الوعائية تنمو فروع CdSSe على أسلاك أكسيد الزنك. ونحن توظيف الأشعة السينية مسحوق الحيود (حيود الأشعة السينية)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمشتتة للطاقة الأشعة السينية الطيفي (EDS) لقياس هياكل الكريستال والصرف، وتكوين nanotrees أكسيد الزنك / CdSSe (NTS). وقد تم التحقيق في آلية نقل الخصائص البصرية والمسؤول الناقل بين الفروع والجذع من معان ضوئي (PL) الطيفي والقياسات عمر PL وقت حل.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويستند المحاذاة العمودية لأسلاك أكسيد الزنك (ينبع) على النمو الفوقي على الركيزة. أسلاك أكسيد الزنك تنمو بشكل تفضيلي على طول <0001> الاتجاه الذي يتماشى مع دورية من على بعد طائرة من الياقوت 12. ولذلك، فإن نوع وجودة الركيزة مهمة جدا. سمك مختلفة من طلاء الذهب على ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب أشكر Svilen Bobev لمساعدته مع أطياف حيود الأشعة السينية وك Booksh للحصول على المساعدة والمعدات مع وتفل المغطى.
Materials
| ZnO | Sigma Aldrich | 1314-13-2 | |
| Activated Carbon | Alfa | 231-153-3 | |
| CdSe | Sigma Aldrich | 1306-24-7 | |
| CdS | Sigma Aldrich | 1306-23-6 | |
| Sapphire | MTI | 2SP | a-plane, 10 × 10 × 1 mm |
| Furnace | Lindberg Blue M | SSP | |
| Scanning electron microscope | Hitachi | S5700 | assembled with an Oxford Inca X-act detector |
| X-ray powder diffractometer | Rigaku | MiniFlex | filtered Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å) |
| Amplified Ti:sapphire oscillator | Coherent Mantis | Coherent Legend-Elite | |
| Single photon detection module | ID Quantique | ID-100 | |
| Sputter coater | Cressington | 308 | assembled with gold target |
| Fiber probe spectrometer | Photon Control | SPM-002 | |
| Colored Glass Filter | Thorlabs | FGB37-A – Ø25 mm BG40 | AR Coated: 350 – 700 nm |
| Compressed argon gas | Keen | 7440-37-1 |
References
- Swank, R. K. Surface Properties of II-VI. Compounds. Phys. Rev. 153 (3), 844-849 (1967).
- Bagnall, D. M., et al. Optically pumped lasing of ZnO at room temperature. Appl Phys. Lett. 70 (17), 2230-2232 (1997).
- Zheng, Z. K., Xie, W., Lim, Z. S., You, L., Wang, J. L. CdS sensitized 3D hierarchical TiO2/ZnO heterostructure for efficient solar energy conversion. Sci. Rep. 4, (2014).
- Anta, J. A., Guillén, E., Tena-Zaera, R. ZnO-Based Dye-Sensitized Solar Cells. J. Phys. Chem. C. 116 (21), 11413-11425 (2012).
- Pelligra, C. I., Majewski, P. W., Osuji, C. O. Large area vertical alignment of ZnO nanowires in semiconducting polymer thin films directed by magnetic fields. Nanoscale. 5 (21), 10511-10517 (2013).
- Reddy, N. K., Devika, M., Shpaisman, N., Ben-Ishai, M., Patolsky, F. Synthesis and cathodoluminescence properties of CdSe/ZnO hierarchical nanostructures. J. Mater. Chem. 21 (11), 3858-3864 (2011).
- Lee, Y. L., Chi, C. F., Liau, S. Y. CdS/CdSe Co-Sensitized TiO2 Photoelectrode for Efficient Hydrogen Generation in a Photoelectrochemical Cell. Chem. Mater. 22 (3), 922-927 (2010).
- Rincón, M. E., Sánchez, M., Ruiz-García, J. Photocorrosion of Coupled CdS/CdSe Photoelectrodes Coated with ZnO: Atomic Force Microscopy and X-Ray Diffraction Studies. J. Electrochem. Soc. 145 (10), 3535-3544 (1998).
- Leschkies, K. S., et al. Photosensitization of ZnO Nanowires with CdSe Quantum Dots for Photovoltaic Devices. Nano Lett. 7 (6), 1793-1798 (2007).
- Gonzalez-Valls, I., Lira-Cantu, M. Vertically-aligned nanostructures of ZnO for excitonic solar cells: a review. Energy Environ Sci. 2 (1), 19-34 (2009).
- Zhu, G., et al. Synthesis of vertically aligned ultra-long ZnO nanowires on heterogeneous substrates with catalyst at the root. Nanotechnology. 23 (5), 055604 (2012).
- Yang, P., et al. Controlled Growth of ZnO Nanowires and Their Optical Properties. Adv. Func. Mater. 12 (5), 323-331 (2002).
- Myung, Y., et al. Composition-Tuned ZnO−CdSSe Core−Shell Nanowire Arrays. ACS Nano. 4 (7), 3789-3800 (2010).
- Pan, A., et al. Color-Tunable Photoluminescence of Alloyed CdSxSe1-x Nanobelts. J. Am. Chem. Soc. 127 (45), 15692-15693 (2005).
- Rakshit, T., Mondal, S. P., Manna, I., Ray, S. K. CdS-decorated ZnO nanorod heterostructures for improved hybrid photovoltaic devices. ACS Appl. Mater. Inter. 4 (11), 6085-6095 (2012).
- Nan, W. N., et al. Crystal Structure Control of Zinc-Blende CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals: Synthesis and Structure-Dependent Optical Properties. J. Am. Chem. Soc. 134 (48), 19685-19693 (2012).
- Li, Z., Nieto-Pescador, J., Carson, A. J., Blake, J. C., Gundlach, L. Efficient Z-scheme charge separation in novel vertically aligned ZnO/CdSSe nanotrees. Nanotechnology. 27 (13), 135401 (2016).
