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CdS纳米粒子的生长和表征Phtotovolatic细胞应用程序

*通信:

贾米尔Yaseen居住区、物理系博士Babasaheb Marathwada大学,奥兰加巴德,印度,电话:02402400431;电子邮件:jamilyaseen8@gmail.com

文摘

Nano-crystalline半导体材料已经引起了相当大的关注由于其颗粒大小相关的物理性质和非常大的比表面积没有散装材料。通常他们是合成有机配体从集聚驱散他们。然而,这些配体可以作为活性层太阳能电池串联电阻。在这个工作硫化镉(cd)沉淀准备从硫化镉和离子解决方案没有任何配体在不同温度和合成时间的解决方案。获得cd沉淀被清洗与甲醇和离心洗水和甲醇。用傅里叶变换红外光谱学(红外光谱)杂质表面观察冲洗cd样品和他们已经消除离心洗涤后(这里没有显示)。x射线衍射(XRD)模式表明了六角结构的产品。CdS微晶的平均大小发现谢勒公式前12海里离心洗涤,洗涤后6海里。最好的细胞准备CdS纳米颗粒显示出光电流(Jsc) 2.2 mA / cm2,光电压(Voc)的0.84 V,在空气中测量在室温下100 mW / cm2照明太阳能模拟器。

关键字

醋酸镉;甲醇;cd;纳米颗粒;XRD

介绍

太阳能能源转换是一个极具吸引力的过程对清洁和可再生能源的未来。太阳能能源是一个上升的全球贫困的唯一途径。我们总是想让我们的生活舒适,充满活力和富有成效。人类使用能源在很多方面改善生活水平。我们依赖能源在我们的生活中几乎一切。由于大量的能源消费,世界正面临着能源危机。我们有非常有限的来源能源像煤炭、石油和天然气。现今,大多数的能源是由化石燃料和煤炭。煤炭是世界上二氧化碳排放的主要来源产生的全球变暖。从环境的角度来看,一个燃烧化石燃料耗尽我们的不可再生能源源和产生污染。燃烧的化石燃料可以消耗不可再生能源来源。在自然界中,成本效益和无污染。太阳能能源是丰富和容易,可再生能源源在世界,尤其是在印度。

然而,我们需要使用更经济。太阳能电池也称为光伏电池,太阳能转换能源为电能。今天,硅基太阳能细胞商业化生产,因为丰富的硅原料供应和其相对效率高。然而,非常需要纯硅相比,因此价格非常高的输出功率(1]。

对于纳米分配系统,他们的光学和电子特性成为尺度依赖的。因此,化学控制粒子的增长和规模应该允许相应的控制这些属性(2]。特别是,相当大的兴趣集中在合成纳米尺寸半导体粒子(3,4]。独特的电子和光学性质半导体纳米材料构成的基本原因他们技术的重要性。硫化镉(cd)是最重要的一个族化合物半导体。它已经被证明是一个优秀的光敏和电荷传输材料在光电器件(4),它的直接带隙2.4 eV是适当的受体在混合光伏(HPV)设备(5- - - - - -7]。CdS纳米粒子表现出结构,光学和photo-conducting属性完全不同于他们的大部分属性,使他们对他们的吸引力可能应用在太阳能电池,光电探测器,激光、领导等。4]。CdS纳米颗粒通常合成配体的存在。这些都是他们的一个直系有机化合物(头或尾)两个终端连接到纳米颗粒的表面,另一个是溶剂分子的溶剂化。这样的纳米颗粒被这些有机分子和包围下互相分离一个免费终端的配体之间的静电斥力。然而,对于太阳能电池的应用程序,这些配体电荷载体运输障碍,导致低光电流。配体在纳米颗粒的去除需要另一个化学过程(8- - - - - -12]。

实验的程序

0.1 Na的解决方案₂年代和0.1解决方案(OOCCH醋酸镉(Cd₃)₂h·2₂O)准备在甲醇。温度反应被选为0°C或25°C(室温)。硫化镉离子的解决方案是添加慢慢进入,由此产生的解决方案从透明黄色,这是表明CdS的直接形成产品。反应时间停在0.5 h和24小时在每个温度。获得cd沉淀是冲在两个方面:(一)冲洗约50毫升的甲醇(称为冲洗样品),和(b)由离心洗10次,每次50毫升的去离子水和最后一个50毫升的甲醇(称为洗样品)。所有的成品都是在室温下干燥48 h。

描述

x射线衍射(XRD)模式被记录在一个力量D8进步(CuKα-radiationλ= 0.154海里),1°的扫描速度/分钟从10°- 70°在2θ的范围(图1)。

CdS纳米颗粒的平均微晶尺寸被谢勒估计方程:

(1)

D是晶粒大小,K是一个谢勒常数(形状因子)被0.94,x光的辐射的波长λ,β是半宽度(应用)的衍射峰,而θ角的衍射峰。

发现微晶的平均大小约12海里冲洗和6海里洗样品。尽管存在的差异大小数字提供的两种实验方法,显然,离心洗涤过程降低CdS纳米颗粒的微晶尺寸6到12 nm 3 nm-5海里。产品产量也估计不同的反应温度和时间通过添加50毫升0.1 Cd (OOCCH3) 2·h2o为50毫升0.1 Na₂年代的解决方案。似乎反应30分钟就足以获得超过90%的最终的信用违约掉期产品。

构建的太阳能细胞包括以下步骤:50 nm的CdS薄膜沉积在透明导电玻璃衬底(碳管分散玻片表面电阻的15Ω/平方,Lumtec)通过化学浴沉积(13)描述为CdS-f混合结构。随后,CdS纳米颗粒沉积在CdS薄膜旋转涂布。P3HT合成的化学氧化法(14]。P3HT的解决方案是由溶解的聚合物产品1,4-dichlorobenzene和滴在CdS纳米颗粒层。P3HT的电影制作过程后形成(70°C - 80°C)。碳刷(CP)在聚合物表面和干空气中传播。然后约40海里的黄金LD乐动体育官网接触者被蒸发沉积厚度CP。使用CP是改善欧姆接触,避免金原子扩散。的结构细胞是:ITO / CdS-f / CdSn / P3HT / CP /非盟。图2说明了这些cd / P3HT的截面方案太阳能电池。除了金属接触,所有的细胞制备过程进LD乐动体育官网行了空气。整个装置在空气中退火30分钟的120°C。电流电压电流-电压曲线的太阳能细胞是阳光下的照明与太阳能模拟器(凸肚)和氙气灯的强度调整到100 mW /厘米吗²。混合太阳能的电气特征细胞在环境条件下进行了空气。

结果与讨论

离心洗cd粉细比冲洗,也就是说,离心过程可能将cd集群分解成较小的。间接测量粒度的选择方法,在决定由粉末样品的比表面积物理惰性气体(N的吸收₂,例如)。比表面积越大,平均粒度越小(4]。冲洗CdS纳米粒子的表面积打赌是66.55米²/ g,离心清洗样品数量几乎翻了一倍:127米²/ g,这是符合两种类型的cd粉末的外表,它是有效的假设洗cd沉淀仍然保留了六角结构但较小的微晶内部的粒子(图3)。

最后,CdS纳米颗粒在混合太阳能的使用细胞是尝试。解决方案的使用CdS薄膜沉积(CdS-f) ITO表面作为密封层,防止短路ITO和金属之间的接触。LD乐动体育官网然后作为粗糙层CdS-n CdS纳米颗粒沉积,使得P3HT的后良好的渗透大分子到无机层和扩大CdS-n / P3HT接口。是相同的半导体化合物,CdS薄膜的异质结和P3HT (ITO / CdS-f / P3HT / CP-Au)也产生光电压(V_oc)和光电流(J_sc),就是明证图4,虽然光伏性能较低。使用CdS纳米颗粒(CdS-n) CdS-f与P3HT很大程度上改善了这些参数;图4,显示了jv曲线最好的cd / P3HT混合细胞与洗CdS纳米颗粒(ITO / CdS-f / CdS-n-washed / P3HT / CP / Au)和冲洗cd的(ITO / CdS-f / CdS-n-rinsed / P3HT / CP / Au)的cd粉末合成在25°C 24 h和细胞组装在同一过程。

jv光伏参数曲线所示图4列出表1,最大功率转换效率约为0.72%。

表1:jv光伏参数曲线。

看到的是两个细胞与CdS纳米颗粒(冲洗和清洗)给一个好的J_sc(电流密度达到电压等于零)超过2 mA /厘米²。然而,冲洗CdS纳米粒子给更高的V_oc(电压,电流等于零)比洗的。这种现象可以用这一事实来解释更高密度的表面在洗cd样本应该导致一个高概率的重组在CdS-n / P3HT接口,进而应该减少V_oc的异质结15]。另一方面,CdS微晶的大小也应该发挥重要作用的光伏行为细胞,不能清楚地观察到,因为洗cd表面状态的样本。在文学,类似cd / P3HT垂直已报告和获得的功率转换效率从0.06%变化7)4.1%,CdS是高度有序的嫁接P3HT纳米线(16]。进一步的研究工作应该解决改善混合太阳能电池的光电性能。

结论

硫化镉纳米颗粒合成了硫化镉和离子溶液中甲醇没有任何配体或分散剂。选择反应温度在0°C或25°C和反应时间为0.5 h或24 h。这两种类型的样本显示水晶六角形结构,虽然离心洗涤减少了微晶尺寸从12到6 nm。光致发光光谱还建议在清洗样品表面的杂质的存在。的光电流密度混合太阳能细胞CdS纳米粒子和聚(3-hexylthiophene)高于2 mA /厘米²的光电压相同细胞达到0.84电动汽车,这将降低到0.67 eV如果CdS纳米颗粒更小。

确认

报告的作者之一(Jamil Yaseen &通用Dharne)感谢教授和负责人r·p·夏尔马提供XRD和紫外可见光谱学设施在物理系BAMU奥兰加巴德博士。

引用

1. 月之女神Coria-Monroy C,阿里纳斯MC, Nicho我,等。解决方案合成CdS纳米颗粒混合太阳能电池的应用程序。J板牙Sci:板牙Electron.2014; 26 (8): 5539 - 45。
2. Masoud AE Kotkata MF, Mohamed m等。CdS纳米粒子的合成和结构表征。phy e . 2009; 41 (8): 1457 - 65。
3. 巴塔查里亚R, Das TK,萨哈CdS纳米粒子的合成及表征。J板牙Sci:板牙电子。2011;22 (12):1761 - 5。
4. Elashmawi Abdelghany点,奥拉朱旺NA。量子限制效应的CdS纳米颗粒分散在PVP / PVA纳米复合材料。J板牙Sci:板牙电子。2013;24 (8):2956 - 61。
5. 江X,陈F,摘要报道了徐H,等。合成垂直对齐CdSnanorods混合太阳能电池及其应用。索尔能源板牙索尔细胞。2010;94 (2)338 - 44。
6. Alivisatos美联社,观点上物理化学的半导体纳米晶体。J phy化学领域。1996;100 (31):13226 - 39。
7. 杨中M, D,张军,et al。提高cd的性能/ P3HT混合倒太阳能细胞通过界面修改。索尔能源板牙索尔细胞。2012;96:160-5。
8. 贾巴尔SJ Al-Hussam马。合成、结构和光学特性的CdS薄膜纳米粒子由化学浴技术。基本达成Sci。2012; J Assoc阿拉伯大学第27 - 31 11 (1):。
9. 张成泽J,崔SH,曹年代,et al。光致清洁cd和ZnSnanoparticles:优势退火作为post-synthetic治疗功能性纳米粒子。J PhysChem c . 2012; 116(29): 15427 - 31所示。
10. 淡菜AJ, Chang L, Thambidurai C, et al。混合太阳能电池:基本原则和配体的作用。J板牙化学2012;22 (6):2351 - 68。
11. 周Y,项目部FS,元Y,等。改善混合太阳能的效率细胞基于non-ligand-exchanged CdSe量子点和聚(3-hexylthiophene)。ApplPhysLett。2010年,96 (1):013304。
12. Lokteva我Radychev N,威特F, et al . CdSe纳米颗粒的表面处理应用混合太阳能电池:多个与吡啶配体交换的影响。J PhysChem c . 2010; 114 (29): 12784 - 91。
13. 令Kamat Robel我Kuno M,从兴奋CdSequantum点p .尺度依赖的电子注入到TiO2nanoparticles。J是化学Soc。2007; 129 (14): 4136 - 7。
14. Skompska m .混合共轭聚合物/半导体光伏电池。Synth。2010; 160 (1、2): 1 - 15。
15. 丝膜H,皮内E,坎波斯J, et al . Photogenerated电荷载体重组过程在cd / P3OT太阳能电池:cd电影的结构和光电特性的影响。EurPhys J:。2011; (3): 30901。
16. 张任,L, Lim年代,et al .无机混合太阳能电池:桥接量子点共轭聚合物纳米线。纳米列托人。2011;11 (9):3998 - 4002。