ナノ医療および生物療法発見ジャーナル
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概要

ZnO とそのナノ複合体が色素増感太陽電池の性能に与える影響

ハナア・セリム

ZnOナノ粒子へのCuOドーピングが色素増感太陽電池（DSSC）の性能に与える影響が調査されました。最初に共沈法を使用してZnOナノ粒子を合成し、次に色素増感太陽電池（DSSC）に適用されるさまざまなCuOモル濃度比を使用して、新しいペチーニ法でZnO-CuOナノ複合体を製造しました。熱、構造、光学、および電気特性評価は、（TGA / DSC）、XRD、HR-TEM、FT-IR、ラマン、UV-DRS、PL、IVなどのさまざまな技術を使用して行いました。XRD分析の結果、CuO-ZnO複合体はナノメートルサイズであり、38.65Oの新しいピークの存在はCuOの二次相に対応し、ドーピングプロセスを通知することが示されました。ドープされたサンプルの UV-DRS スペクトルは、純粋な ZnO NP と比較して反射バンドの赤方偏移を示し、PL スペクトルは 400 nm で強い発光バンドを示しました。最適化された条件で、未ドープ ZnO および CuO ドープ ZnO の薄膜をパルス レーザー デポジション (PLD) 技術を使用して ITO ガラス上に貼り付け、色素増感太陽電池 (DSSC) の作用電極として使用しました。これらの作用電極はエオシン色素で増感され、白金コーティングされたカソードと結合しました。IV 測定では、ZnO DSSC 1.26% ± 0.08% と比較して、最適ドーピング (ZC1.5) で 2.9% ± 0.22% の効率が観測され、ZnO-CuO ナノ複合 DSSC の性能が向上したことが示されました。

色素増感太陽電池（DSSC）は、第3世代の光起電技術であり、従来のシリコン太陽電池と比較して、環境に優しく、低コストで、無毒で、温度安定性に優れ、安定した発電と製造が容易なため、太陽エネルギーを電気エネルギーに安価に変換する上で大きな可能性を秘めています。太陽電池、その主要コンポーネントには、光陽極、増感剤、電解質、対電極があります。ナノサイズの半導体化合物は、色素分子を吸収して電子を移動させる機能があるため、光陽極として使用されます。電子と正孔の再結合速度を低下させ、変換効率を高めるには、高い電子輸送速度が必要です。酸化亜鉛は、さまざまなナノ構造形態と高い電子移動度を持つ半導体化合物の1つです。ZnOは、そのキャリア移動度と直接バンドギャップのため、DSSCの有望な候補と考えられてきました。ZnOは、室温で3.30 eVのワイドバンドギャップ半導体です。低次元のZnOナノ構造は、そのユニークな構造、電気、光学特性のため、広範囲に研究されてきました。これは、ナノスケールレーザー、圧電デバイス、化学センサー、太陽電池など、多くのオプトエレクトロニクス用途にとって有望な材料です。一方、酸化銅は候補材料の1つです。酸化銅半導体の特徴は、比較的高い光吸収、低コストの原材料、無毒です。CuOは、狭いバンドギャップ（Eg〜1.2 eV）を持つp型遷移金属酸化物で、太陽電池の理想的なエネルギーギャップ1.4 eVに近く、良好な太陽光スペクトル吸収を可能にします。CuOの低いバンドギャップにより、可視スペクトル全体を吸収することができます。より良い結晶化品質、より良い光学的および電気的特性を得るために、研究者は金属酸化物へのドーピングを好んできました。亜鉛は重要な遷移金属元素であり、Zn2+はCu2+のイオン半径パラメータに近いため、ZnはCuO結晶格子に容易に浸透したり、結晶内のCuの位置を置換したりできます。この研究では、ZnO-CuO ナノ複合体を使用して、色素増感太陽電池の光起電力性能を向上させます。最初にこれらの材料を合成し、次に TGA/DSC、XRD、HR-TEM、FT-IR、ラマン、UV-DRS、PL、IV 測定を使用して特性を評価しました。

この研究では、アルコール環境で 800 nm フェムト秒レーザーを照射して作製したナノリップルにもナノホールアレイを形成できることが観察されています。穴の直径は 10 nm ～ 30 nm の範囲です。ナノホールは、入射レーザーの波長 (800 nm) よりもはるかに小さいことに注意してください。構造は、2 つの点で従来のレーザー誘起ナノ構造と異なります。1 つは、サイズが数百ナノメートルではなく数十ナノメートルのオーダーであることです。もう 1 つは、構造が液体環境での照射下でのみ形成されることです。具体的には、アルコールでの照射下では、水中での照射下で生成されるものと比較して、より多くのナノホールアレイが形成され、穴がより均一になります。この方法は、レーザー照射を使用して深サブ波長ナノ構造を製造するために使用できます。ナノホールアレイは、走査型電子顕微鏡 (SEM) を使用して特性評価されます。さらに、深サブ波長ナノホールアレイに対するレーザー走査速度の影響を調査します。