Photoactive layers based on ZnO nanorods obtained by hydrothermal synthesis for dye-sensitized solar cells

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The application of zinc oxide ZnO nanorods of different heights obtained by hydrothermal synthesis as functional layers for dye-sensitized solar cells has been considered. The structure, morphology, and optical properties of the nanorod layers were investigated by X-ray phase analysis, scanning electron microscopy, and optical spectroscopy. Photoanodes were fabricated using thieno[3,2-b]indole-based dyes IS 4 and IS 9. The adsorption mechanism of the dyes and ZnO structures was studied by IR spectroscopy. The efficiency of photoanodes was investigated using photoelectrochemical measurements. The dependence of the efficiency of the dye sensitized solar cells on the length of the nanorods was shown. The maximum light conversion result was obtained for a photoanode with an average nanorod height of 2.5 μm and dye adsorbed IS 4.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

E. Averochkin

National Research University of Electronic Technology

Autor responsável pela correspondência
Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 124498

A. Steparuk

Postovsky Institute of Organic Synthesis, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Ekaterinburg, 620137

E. Tekshina

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 119991

D. Krupanova

National Research University of Electronic Technology; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 124498; Dolgoprudny, 141701

V. Emets

Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 119991

L. Volkova

National Research University of Electronic Technology

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 124498

R. Ryazanov

National Research University of Electronic Technology

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 124498

E. Lebedev

National Research University of Electronic Technology

Email: aep1997@rambler.ru
Rússia, Moscow, 124498

S. Kozyukhin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Tomsk State University

Email: aep1997@rambler.ru

Faculty of Chemistry

Rússia, Moscow, 119991; 49, Tomsk, 634050

Bibliografia

  1. Kumar V., Gupta R., Bansal A. // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. P. 6212. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c01012
  2. Kim K.H., Utashiro K., Abe Y., Kawamura M. // Materials. 2014. V. 7(4). P. 2522. https://doi.org/10.3390/ma7042522
  3. Kumar R., Umar A., Kumar G. et al. // Mater. Sci. 2017. V. 52. P. 4743. https://doi.org/10.1007/s10853-016-0668-z
  4. Shah M.A. // Mod. Phys. Lett. B. 2008. V. 22. № 26. P. 2617. https://doi.org/10.1142/S0217984908017126
  5. Samanta P.K., Bandyopadhyay A.K. // Appl. Nanosci. 2012. V. 2. P. 111. https://doi.org/10.1007/s13204-011-0038-8
  6. Li X., Li R., Feng X. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 1386. https://doi.org/10.1134/s0036023623601307
  7. Bouarroudj T., Aoudjit L., Nessaibia I. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. P. 1074. https://doi.org/10.1134/S0036024423050278
  8. Duangnet L., Phuruangrat A., Thongtem T. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 721. https://doi.org/10.1134/S0036023622050114
  9. Djurisic A.B., Chen X., Leung, Y.H. et al. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 6526. https://doi.org/10.1039/c2jm15548f
  10. Guell F., Galdamez-Martinez A., Martinez-Alanis P.R. et al. // Mater. Adv. 2023. V. 4. P. 3685. https://doi.org/10.1039/D3MA00227F
  11. Mokrushin A.S., Gorban Y.M., Nagornov I.A. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 2099. https://doi.org/10.1134/S0036023622601520
  12. Ulyankina A.A., Tsarenko A.D., Molodtsova T.A. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. P. 1032. https://doi.org/10.1134/S1023193523120145
  13. Grätzel M. // Prog. Photovolt: Res. Appl. 2006. V. 14. № 5. P. 429. https://doi.org/10.1002/pip.712
  14. Grifoni F., Bonomo M., Naim W. et al. // Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. P. 1. https://doi.org/10.1002/aenm.202101598
  15. Ahmad W., Mehmood U., Al-Ahmed A. et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 222. P. 473. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.10.200
  16. Tiwana P., Docampo P., Johnston M.B. et al. // ACS Nano. 2011. V. 5. P. 5158. https://doi.org/10.1021/nn201243y
  17. Sufyan M., Mehmood U., Qayyum Gill Y. et al. // Mater. Lett. 2021. V. 297. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.130017
  18. Qu, J., Lai C. // J. Nanomater. 2013 V. 2013. P. 1. https://doi.org/10.1155/2013/762730
  19. Law M., Greene L.E., Johnson J.C. et al. // Nat. Mater. 2005. V. 4. P. 455. https://doi.org/10.1038/nmat1387
  20. Marimuthu T., Anandhan N. // AIP Conf. Proc. 2015. V. 1728. P. 020621-1. https://doi.org/10.1063/1.4946672
  21. Yodyingyong S., Zhang Q., Park K. et al. // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 7. P. 073115-1. https://doi.org/10.1063/1.3327339
  22. Brown P., Takechi K., Kamat P.V. // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 12. P. 4776. https://doi.org/10.1021/jp7107472
  23. Bharat T.C., Shubham, Mondal S. et al. // Mater. Today: Proc. 2019. V. 11. P. 767. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.03.041
  24. Lin C.C., Li Y.Y. // Mater. Chem. Phys. 2009. V. 113. P. 334.
  25. Gan Y.X., Jayatissa A.H., Yu Z. et al. // J. Nanomater. 2020. V. 2020. P. 1. https://doi.org/10.1155/2020/8917013
  26. Edalati K., Shakiba A., Vahdati-Khaki J., Zebarjad S.M. // Mater. Res. Bull. 2016. V. 74. P. 374. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.001
  27. Mohajerani M.S., Lak A., Simchi A. // J. Alloys Compd. 2009. V. 485. № 1–2. P. 616. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.06.054
  28. Steparuk A.S., Irgashev R.A., Zhilina E.F. et al. // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. 2022. V. 33. P. 6307. https://doi.org/10.1007/s10854-022-07805-w
  29. Iyengar P., Das C., Balasubramaniam K.R. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2017. V. 50. № 10. P. 1. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa5875
  30. Chowdhury M.S., Rahman K.S., Selvanathan V. et al. // RSC Advances. 2021. V. 11. № 24. P. 14534. https://doi.org/10.1039/D1RA00338K
  31. Yang F., Ma S., Zhang X. et al. // Superlattices Microstruct. 2012. V. 52. № 2. P. 210. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2012.05.004
  32. Jeon E.H., Yang S., Kim Y. et al. // Nanoscale Res. Lett. 2015. V. 10. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/s11671-015-1063-4
  33. Khan A., Hussain M., Nur O. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. № 34. P. 1. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/34/345102
  34. Maikap A., Mukherjee K., Mondal B., Mandal N. // RSC Advances. 2016. V. 6. P. 64611. https://doi.org/10.1039/C6RA09598D
  35. Laha P., Nazarkin M., Volkova A.V. et al. // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. P. 101904. https://doi.org/10.1063/1.4913909
  36. Li J.Y., Chen X.L., Li H. et al. // J. Cryst. Growth. 2001 V. 233. P. 5. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(01)01509-3
  37. Tauc J., Scott T.A. // Phys. Today. 1967. V. 20. № 10. P. 105. https://doi.org/10.1063/1.3033945
  38. Musa I., Qamhieh N., Mahmoud S.T. // Res. in Phys. 2017. V. 7. P. 3552. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2017.09.035
  39. Idiawati R., Mufti N., Taufiq A. et al. // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2017. V. 202. P. 012050. https://doi.org/10.1088/1757-899X/202/1/012050
  40. Zhang L., Cole J.M. // ACS Appl. Mater. and Interfaces. 2015. V. 7. P. 3427. https://doi.org/10.1021/am507334m
  41. Bojarski J.T., Mokrosz J.L., Barton H.J. et al. // Adv. Heterocycl. Chem. 1985. V. 38. P. 229. https://doi.org/10.1016/S0065-2725(08)60921-6

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Structural formulas of dyes IS 4 and IS 9.

Baixar (53KB)
Metadados
3. Fig. 2. X-ray diffractogram of arrays of ZnO nanorods on a glass substrate with an FTO layer. An asterisk indicates reflexes corresponding to the conductive layer of the FTO.

Baixar (63KB)
Metadados
4. Fig. 3. SEM images of ZnO nanorods oriented on a glass conductive substrate with different growth times: a, c - 30 min; b, d – 120 min.

Baixar (462KB)
Metadados
5. Fig. 4. Normalized absorption spectra (a) and calculation of the band gap (b) of ZnO nanorods obtained during 30 (1) and 120 min (2).

Baixar (212KB)
Metadados
6. Fig. 5. Absorption spectra of ZnO nanorods obtained during 30 (a) and 120 min (b) without dyes and with dyes IS 4, IS 9 adsorbed on the surface of ZnO: 1 – ZnO; 2 – IS 4 on ZnO; 3 – IS 9 on ZnO.

Baixar (210KB)
Metadados
7. Fig. 6. IR transmission spectra of dyes IS 4 (a) and IS 9 (b) adsorbed on the surface of ZnO: 1 – dye; 2 – dye on ZnO; 3 – ZnO.

Baixar (343KB)
Metadados
8. Fig. 7. Volt-ampere characteristics of samples of photoanodes 1-4 with dyes IS 4 and IS 9. The insert shows an image of a photoanode with an adsorbed dye.

Baixar (105KB)
Metadados
9. Figure 8. Quantum efficiency of the sample 3.

Baixar (161KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».