Nanocomposite solar cells based on organic/inorganic (clonidine/Si) heterojunction with plasmonic Au nanoparticles

С. Мамикін; І. Мамонтова; Н. Котова; О. Кондратенко; Т. Барлас; В. Романюк; П. С. Смертенко; Н. Рощина

doi:10.15330/pcss.21.3.390-398

Автор(и)

С. Мамикін V.E.Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS of Ukraine
І. Мамонтова V.E.Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS of Ukraine
Н. Котова V.E. Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS of Ukraine
О. Кондратенко V.E. Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS of Ukraine
Т. Барлас V.E. Lashkaryov Institute of semiconductor physics of NAS of Ukraine
В. Романюк Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України
П. С. Смертенко Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України
Н. Рощина Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є.Лашкарьова НАН України

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.21.3.390-398

Ключові слова:

нанокомпозит, гетеропереходи органіка/неорганіка, кремній, золоті наночастинки, клонідин, інжекція електронів і дірок, безрозмірна чутливість, сонячні елементи

Анотація

Методом селективного хімічного травлення, ініційованого металевими (золотими) наночастинками, були отримані плівки пористого кремнію на поверхні монокристалічних пластин. На таких підкладках осаджували огранічні плівки клонідину і виготовляли бар’єрні гетероструктури для отримання сонячних елементів та фотодіодів. Спектри відбиття світла підтвердили збудження локальної плазмонної моди в нанокомпозитах із золотими наночастинками. Фотоелектричні дослідження показали збільшення фотоструму сонячних елементів завдяки використанню як наноструктурованого кремнію, так і золотих наночастинок в 1.5 та 7 разів, відповідно. Вольт-амперні характеристики сонячних елементів на основі таких нанокомпозитів проаналізовані в термінах безрозмірної чутливості . Дослідження інжекційних властивостей структур показало, що шар клонідіну завжди сприяє інжекції носіїв струму, у той час як наночастинки золота обмежують струм у випадку плоскої поверхні.

Посилання

A. Fujishima, K. Honda, Nature 238(5358), 37 (1972) (https://doi.org/10.1038/238037a0).

R. Zentel, Inorganics 8(3), 20 (2020) (https://doi.org/10.3390/inorganics8030020).

S. Thomas, E.H.M. Sakho, N. Kalarikkal, O.S. Oluwafemi, J. Wu, Nanomaterials for Solar Cell Applications (Elsevier Science Publishing Co Inc, United States, 2019). ISBN: 978-0128133378.

T. Dittrich, Nanocomposite Solar Cells. In book: Materials Concepts for Solar Cells, 2nd Edition (World Scientific Europe Ltd, United Kingdom, 2018), p. 383. ISBN: 978-1786344489 (https://doi.org/10.1142/9781786344496_0010).

B. O'Regan, M. Grätzel, Nature, 353, 737 (1991) (https://doi.org/10.1038/353737a0).

M. Grätzel, Photoelectrochemical cells. In book: Materials For Sustainable Energy: A Collection of Peer-Reviewed Research and Review Articles from Nature Publishing Group (Macmillan Publishers Ltd.: London, UK; World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.: Singapore, 2010), p. 26. ISBN 978-9814317641 (https://doi.org/10.1142/9789814317665_0003).

A. Hagfeldt, M. Grätzel, Accounts of Chemical Research 33(5), 269 (2000) (https://doi.org/10.1021/ar980112j).

C. Li, X. Yang, R. Chen, J. Pan, H. Tian, H. Zhu, X. Wang, A. Hagfeldt, L. Sun, Solar Energy Materials and Solar Cells 91(19), 1863 (2007) (https://doi.org/10.1016/j.solmat.2007.07.002).

K. Hara, Y. Tachibana, Y. Ohga, A. Shinpo, S. Suga, K. Sayama, H. Sugihara, H. Arakawa, Solar Energy Materials and Solar Cells 77(1), 89 (2003) (https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00460-9).

S. Venkatesan, Q. Chen, E.C. Ngo, N. Adhikari, K. Nelson, A. Dubey, J. Sun, V. Bommisetty, C. Zhang, D. Galipeau, Energy Technology 2(3), 269 (2014) (https://doi.org/10.1002/ente.201300174).

M.K. Siddiki, J. Li, D. Galipeau, Q. Qiao, Energy & Environmental Science 3(7), 867 (2010). (https://doi.org/10.1039/b926255p).

Z.A. Peng, X. Peng, Journal of the American Chemical Society 123(1), 183 (2001) (https://doi.org/10.1021/ja003633m).

D. Cui, J. Xu, T. Zhu, G. Paradee, S. Ashok, M. Gerhold, Applied Physics Letters 88(18), 183111 (2006) (https://doi.org/10.1063/1.2201047).

S. Zhang, P. Cyr, S. McDonald, G. Konstantatos, E. Sargent, Applied Physics Letters 87(23), 233101 (2005) (https://doi.org/10.1063/1.2137895).

V. Gernigon, P. Lévêque, C. Brochon, J.-N. Audinot, N. Leclerc, R. Bechara, F. Richard, T. Heiser, G. Hadziioannou, The European Physical Journal Applied Physics 56, 34107 (2011) (https://doi.org/10.1051/epjap/2011110150).

J. Rud, L. Lovell, J. Senn, Q. Qiao, J. Mcleskey, Journal of materials science 40(6), 1455 (2005) (https://doi.org/10.1007/s10853-005-0582-2).

Q. Liu, Z. Liu, X. Zhang, N. Zhang, L. Yang, S. Yin, Y. Chen, Applied Physics Letters 92(22), 223303 (2008) (https://doi.org/10.1063/1.2938865).

M. Jørgensen, K. Norrman, S.A. Gevorgyan, T. Tromholt, B. Andreasen, F.C. Krebs, Advanced Materials 24(5), 580 (2012) (https://doi.org/10.1002/adma.201104187).

G. Mariani, R.B. Laghumavarapu, B. Tremolet de Villers, J. Shapiro, P. Senanayake, A. Lin, B.J. Schwartz, D.L. Huffaker, Applied Physics Letters 97(1), 013107 (2010) (https://doi.org/10.1063/1.3459961).

Ö. Güllü, A. Türüt, Solar Energy materials and Solar cells 92(10), 1205 (2008) (https://doi.org/10.1016/j.solmat.2008.04.009).

S. Jäckle, M. Liebhaber, C. Gersmann, M. Mews, K. Jäger, S. Christiansen, K. Lips, Scientific Reports 7(1), 2170 (2017) (https://doi.org/10.1038/s41598-017-01946-3).

Q. Liu, R. Ishikawa, S. Funada, T. Ohki, K. Ueno, H. Shirai, Advanced Energy Materials 5(17), 1500744 (2015) (https://doi.org/10.1002/aenm.201500744).

D. Zielke, A. Pazidis, F. Werner, J. Schmidt, Organic-silicon heterojunction solar cells on n-type silicon wafers: The Back PEDOT concept, Solar Energy Materials and Solar Cells 131, 110 (2014) (https://doi.org/10.1016/j.solmat.2014.05.022).

N.L. Dmitruk, O.Yu. Borkovskaya, I.M. Dmitruk, S.V. Mamykin, Z.J. Horvath, I.B. Mamontova, Applied Surface Science 190(1-4), 455 (2002) (https://doi.org/10.1016/S0169-4332(01)00918-7).

I. Vangelidis, A. Theodosi, M.J. Beliatis, K.K. Gandhi, A. Laskarakis, P. Patsalas, S. Logothetidis, S.R.P. Silva, E. Lidorikis, ACS Photonics 5(4), 1440 (2018) (https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b01390).

T.Ya. Gorbach, P.S. Smertenko, E.F. Venger, Ukrainian Journal of Physics 59(6), 601 (2014) (https://doi.org/10.15407/ujpe59.06.0601).

S. Mamykin, A. Kasuya, A. Dmytruk, N. Ohuchi, Journal of Alloys and Compounds 434-435, 718 (2007) (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.08.121).

M. Macherzynski, G. Milczarek, S. Mamykin, V. Romanyuk, A. Kasuya, Electrochimica Acta 55(14), 4395 (2010) (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2010.02.008).

Zh. Huang, N. Geyer, P. Werner, J. de Boor, U. Gösele, Adv. Mater. 23, 285 (2011) (https://doi.org/10.1002/adma.201001784).

T.R. Barlas, M.L. Dmitruk, N.V. Kotova, O.I. Mayeva, V.R. Romanyuk. Superlattices and Microstructures 38, 130 (2005) (https://doi.org/10.1016/j.spmi.2005.04.003).

R. Ciach, Yu.P. Dotsenko, V.V. Naumov, A.N. Shmyryeva, P.S. Smertenko, Solar Energy materials and Solar cells 76(4), 613 (2003) (https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00271-4).

P. Smertenko, L. Fenenko, L. Brehmer, S. Schrader, Advances in Colloid and Interface Science 116(1-3), 255 (2005) (https://doi.org/10.1016/j.cis.2005.05.005).

G. Luka, L. Nittler, E. Lusakowska, P. Smertenko, Organic Electronics 45, 240 (2017) (https://doi.org/10.1016/j.orgel.2017.03.031).