Yupqa plyonkali quyosh xujayralari uchun yangi materiallarni ishlab chiqish ularning sozlanishi keng tarmoqli oralig'i va moslashuvchan energiya yig'ish mashinalarida keng qo'llanilishi tufayli katta e'tiborni tortmoqda

Yupqa plyonkali quyosh xujayralari uchun yangi materiallarni ishlab chiqish ularning sozlanishi keng tarmoqli oralig'i va moslashuvchan energiya yig'ish mashinalarida keng qo'llanilishi tufayli katta e'tiborni tortmoqda. CdS yupqa plyonkali quyosh xujayralari uchun ma'lum oyna materialidir. CdS ning fotoo'tkazuvchanligini doping, almashtirish va don hajmini moslashtirish orqali sozlash tadqiqotchilar tomonidan keng qo'llaniladi. CdS/CdSe, CdS/ZnS va boshqalar kabi noorganik yadro/qobiq tuzilmalari.band bo'shlig'i moslashtirilgan boshqa mumkin bo'lgan nomzodlar. Biroq, noorganik yadro ustida organik qobiqni ta'minlash orqali foto o'tkazuvchanlikni moslashtirishda bunday urinishlar kam uchraydi. Bu erda mualliflar ho'l kimyoviy yo'llar yordamida CdS / betanin yadrosi / qobiq tuzilmalarini sintez qildilar. Spektroskopik tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, kompozit tuzilma yadro/qobiqga o'xshaydi, yadro sifatida CdS va o'rtacha yadro zarracha hajmi 10 nm bo'lgan tashqi qobiq sifatida betanin (tabiiy bo'yoq) mavjud. Kompozit tizimning yutilish spektrlari pastki to'lqin uzunligi mintaqasida qo'shimcha tasmaning imzosini ko'rsatadi va betanin foizi ortishi bilan qizil rangga aylanadi. ~1,75 eV energiyasida kuzatilgan oraliq tarmoqli CdS ning yutilish tezligini oshirishga yordam beradi. Quyosh nurlanishidan past va yuqori energiyali fotonlarning bir vaqtning o'zida absorbsiyasi CdS asosidagi quyosh xujayralarining samaradorligini oshirishi mumkin. Fotogeneratsiyalangan elektronlarning betanin bo'yog'ining o'tkazuvchanlik zonasidan CdS o'tkazuvchanlik zonasiga o'tishi tufayli oq yorug'lik bilan yoritilganda CdS/betanin kompozitlarida o'tkazuvchanlikning katta kuchayishi kuzatiladi.

Kirish

Yarimo'tkazgichlar, ayniqsa kremniy (Si) asosidagi elektron qurilmalar zamonaviy hisoblash va elektronika texnologiyasiga yo'l ochdi. "Nano" ning yangiligi va tikilishi so'nggi 50 yil ichida yarimo'tkazgich sanoatida ustunlikka ega bo'lgan kremniydan tashqari, qurilma ishlab chiqarish uchun material tanlashning keng turlarini taqdim etdi. Si ning marketing talablarini qondirish uchun arzon narxlardagi samarali alternativani o'rganish elektron qurilmalarni ishlab chiqarish sohasida ishlaydigan tadqiqotchilar uchun hali ham qiyin. Elektron gadjetlardagi o'zgarishlar, masalan, masshtabni qisqartirish, ishlash muddatini uzaytirdi, yuqori samaradorlik esa ularning cheksiz ko'p ilovalarda rivojlanishiga yordam berdi va shuning uchun tadqiqotchilar elektron qurilmalarni ishlab chiqarishda keng diapazonli materiallarni o'zlashtirishga shunchalik kuch bag'ishladilar. ^1,2Silikon karbid (SiC, tarmoqli oralig'i 3,3 eV) va galliy nitridi (GaN, tarmoqli bo'shlig'i 3,4 eV) kabi keng tarmoqli yarim o'tkazgichlar (an'anaviy kremniydan nisbatan kattaroq tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan materiallar) quvvat va issiqlik muammolari uchun oldingi yechim sifatida paydo bo'ldi. kremniy (tarmoq oralig'i 1,1 eV). Si bilan solishtirganda, SiC 20% yuqori samaradorlik va yuqori harorat / kuchlanish barqarorligiga ega bo'lgan eng etuk ishlab chiqilgan keng tarmoqli bo'shliq materialidir. ^3,4 Ammo hozirda uni ishlab chiqarish kremniyga qaraganda ancha qimmat. GaN SiC ning o'xshash ishlashini taklif qiluvchi keng ko'lamli o'rganilgan iqtisodiy jihatdan samarali alternativalardan biridir. Biroq, GaN sintezi bilan bog'liq muammolar bu borada muqobil materiallarni qidirishni talab qiladi.
Ma'lumotlarga ko'ra ^, nanomateriallarning o'lchami, tuzilishi, morfologiyasi va kimyoviy tarkibini moslashtirish ularning xususiyatlarini ataylab sozlashi mumkin va uning integratsiyasi nano o'lchamdagi qurilma ishlab chiqarishga olib keladi. Shunday qilib, an'anaviy SiC va GaN dan boshqa yangi materiallarga o'tish elektron qurilmalarning samaradorligini oshirishga yo'l ochishi mumkin.
Kvant nuqtalari, o'ta nozik nanopartikullar (o'lchami 10 nm dan past) o'lchamga bog'liq bo'lgan kvant chegarasi ta'siri tufayli ularning ommaviy qarindoshlariga qaraganda yuqori tarmoqli bo'shlig'ini taklif qiladi. Kvant nuqtasining bu xususiyati ularga yuqori energiyali fotonlarga ega bo'lgan materialdan issiq elektronlarni yig'ishga yordam beradi va bir nechta zaryad tashuvchilarni hosil qiladi, bu esa keyingi avlod quyosh xujayralarida yuqori samaradorlikka erishishning yangi usullarini taklif qiladi. ⁶ So'nggi bir necha yil ichida II-VI guruhli yarim o'tkazgichlar keng tarmoqli oralig'i, mavjudligi, oson sintezi va tarmoqli bo'shlig'ining sozlanishi tufayli tadqiqotchilarni jalb qildi. ^7–9Ular orasida CdS optoelektronika sohasida qo'llanilishi mumkin bo'lgan eng mashhur nomzodlardan biridir. Konsentratsiya, pH, stexiometriya, harorat va boshqalar kabi eksperimental sharoitlarni o'zgartirish orqali CdS diapazonini moslashtirish mumkin. Eksperimentallar zarrachalarning o'sishini barqarorlashtirish va aglomeratsiyani oldini olish uchun prekursorlar bilan birgalikda organik va noorganik sirt faol moddalar ^{10-13 dan} foydalanganlar. CDS nanozarralari. Shunga ko'ra, zarrachalarning katta qismi 2-10 nm ( ^{ref. 10} ) o'lcham oralig'ida taqsimlanishi kuzatiladi va yarimo'tkazgich kvant nuqtalari (SQDs) sifatida tasniflanadi.
Quyosh batareyalarida yarimo'tkazgich ham yorug'lik yutuvchi, ham zaryad tashuvchi vazifasini bajarishi kerak. Ammo bo'yoqqa sezgir bo'lgan quyosh xujayralari (DSSC) da yorug'likni singdirish "sensibilizator" ning javobgarligi hisoblanadi va sezgirlashtiruvchi biriktirilgan yarimo'tkazgich zaryadni tashiydi. ¹⁴ Tadqiqotchilar organik va tabiiy bo'yoqlarni sezgirlashtiruvchi sifatida sinab ko'rishdi va ularning yorug'likni qanchalik samarali qabul qilishini o'rganishdi. TiO ₂ keng tarmoqli bo'shlig'iga ega bo'lgan taniqli zaryad tashuvchisi bo'lib, keyinchalik tadqiqotchilar uni ZnO, ¹⁵ Nb ₂ O ₅ , SnO ₂ , In ₂ O ₃ , WO ₃ , Ta ₂ O kabi keng polosali oksidlar bilan almashtirdilar.₅ , ZrO ₂ , ¹⁶ va boshqalar. Tadqiqotchilar, shuningdek, DSSC ning markaziy qismi sifatida CdSe, CdTe va CdS yarimo'tkazgichlar kabi II-VI guruh elementlarining ishlashini o'rganib chiqdilar. ¹⁷
Sintetik va tabiiy bo'yoqlarning keng turlari allaqachon DSSC tadqiqotlarining bir qismidir. DSSC ga qo'shimcha ravishda, bo'yoqlar qiziqish qo'llanilishiga qarab yadro / qobiq nanostrukturasida ham yadro, ham qobiq sifatida ishlatiladi. Bo'yoqqa asoslangan organik / noorganik yadro / qobiq strukturasi materialshunoslik, mikroelektronika va biotexnologiya sohasida juda katta qo'llaniladi. Bu erda, hozirgi tergovda biz qizil lavlagi ( Beta vulgaris ) dan olingan tabiiy bo'yoq (betanin, C ₂₄ H ₂₇ N ₂ O ₁₃ ) ( 1-rasm ) - taniqli antioksidant ^{18,19 dan foydalandik.}CdS nanozarrachalarining o'sishi uchun vosita sifatida. Keyin CDS va CdS/betanin kompozit nanostrukturalari kristallik va faza tozaligi uchun tizimli xarakterlanadi va yutilish va fotoo'tkazuvchanlik uchun optik xarakterlanadi.
1-rasm (a) sabzavot lavlagi ildizi va uning ichki qismi, undan qaynatish usuli bilan betanin bo'yoq eritmasi olinadi va (b) ikki azot bog'lari - NH- va N - molekulyar formulasi C 24 H  27 _N bo'lgan _betaninning tuzilishi ₂ O ₁₃ .