Наноструктуровані плівки ZnO як основа для формування анодів та катодів фотоелектрохімічних сонячних комірок.
1, 2, 2
1 Київський національний університет імені Тараса Шевченка 01033, Київ, в;
2Інститут фізичної хімії ім. НАН України,
03028, м. Київ, пр-т. Науки 31.
breslavskyi@gmail.com
Основними конструкційними елементами неорганічних сонячних комірок з рідинним з’єднанням (англ. liquid junction solar cells) залишаються на сьогодні діоксид титану та оксид цинку. Останній характеризується нижчою хімічною стабільністю, що обмежує його використання в таких системах, однак відкриває нові шляхи до конструювання фотоанодів та катодів сонячних комірок на основі ZnO.
У даній роботі було використано такі хімічні властивості оксиду цинку, як здатність легкого перетворення у ZnS та ZnSe, для формування фотоанодів (зокрема на основі CdS та ZnSe), та катодів (на основі CuxS та CuxSe) неорганічних сонячних комірок.
Синтез ZnO проводили на провідних прозорих платівках FTO електрохімічним методом. Оксид цинку на поверхні таких плівок знаходиться у складі мікроплатівок лінійним розміром до 2 мкм та товщиною до 300 нм, що орієнтовані переважно торцями до поверхні (рис. 1а). З таких плівок були отримані фотоаноди FTO/ZnO/ZnSe шляхом часткового заміщення кисню у складі ZnO на іони Se2-, а також фотоелектроди FTO/ZnO/CdS методом послідовної адсорбції та реакції між іонами Cd2+ та S2-. Катоди двох типів FTO/ZnO/CuxSe та FTO/ZnO/CuxS отримували у першому випадку шляхом занурення електродів FTO/ZnO/ZnSe у розчин Cu2+, а в другому випадку початковим сульфідуванням електродів FTO/ZnO у розчині Na2S при 60оС з наступним зануренням у розчин нітрату міді.
Було показано, що фотоелектроди FTO/ZnO/ZnSe та FTO/ZnO/CdS проявляють набагато вищу фотоелектрохімічну активність у порівнянні з електродами FTO/ZnO при опроміненні видимим світлом. Дослідження методом хроноамперометрії показали, що використання електродів FTO/ZnO/CuxSe та FTO/ZnO/CuxS у якості катодів досліджених модельних сонячних комірок дозволяють істотним чином покращити ефективність генерації фотоструму, в порівнянні із системою на основі традиційного платинового катоду (рис. 2б).
Отримані результати свідчать про перспективність використання ZnO як вихідного матеріалу для створення високоефективних неорганічних сонячних комірок.
а) |
б) | Рис. 1. а) СЕМ зображення платівки FTO/ZnO. б) Хроноамперограми фотоелектрохімічної системи. Фотоанод: FTO/ZnO/CdS, катоди: платівки ZnO/CuxSe (1), ZnO/CuxS (2), Pt (3), ZnO (4), електроліт – 0,1М Na2S, 0,1М NaOH. Опромінення ”білим” світлом (І = 20 мВт/см2). |
