CuGaS2 and CuGaS2–ZnS porous layers from solution-processed nanocrystals

The manufacturing of semiconducting films using solution-based approaches is considered a low cost alternative to vacuum-based thin film deposition strategies. An additional advantage of solution processing methods is the possibility to control the layer nano/microstructure. Here, we detail the production of mesoporous CuGaS2 (CGS) and ZnS layers from spin-coating and subsequent cross-linking through chalcogen-chalcogen bonds of properly functionalized nanocrystals (NCs). We further produce NC-based porous CGS/ZnS bilayers and NC-based CGS–ZnS composite layers using the same strategy. Photoelectrochemical measurements are used to demonstrate the efficacy of porous layers, and particularly the CGS/ZnS bilayers, for improved current densities and photoresponses relative to denser films deposited from as-produced NCs.Peer ReviewedPostprint (published version

Research laboratory «optoelectronics and solar power engineering»

The main goal of the research is to create a device structures (solar cells, optical detectors, and hard radiation detector gases) based on heterojunctions and semiconductor-metal structures. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3406

Перовскітні поглинаючі шари для сенсибілізованих сонячних елементів

На сьогоднішньому етапі розвитку геліоенергетики почалася розробка так званого третього покоління сонячних елементів (СЕ), в яких використовуються нові фізичні принципи та нові дешеві і екологічно безпечні матеріали. Серед фотоперетворювачів третього покоління, за рахунок можливості зниження витрат на виробництво та високу ефективність, сенсибілізовані перовскітні СЕ викликають підвищену увагу дослідників. Змішані органо-неорганічні перовскітні сполуки (ABX3, де А = CH3NH3, В = Pb, X = I, Br або Cl) характеризуються прямими міжзонними переходами, оптимальною для перетворення сонячної енергії шириною забороненої зони (Eg = 1,5 еВ), високим коефіцієнтом поглинання, високою рухливістю носіїв струму, завдяки чому розглядаються як перспективний матеріал для створення нового класу сенсибілізованих сонячних перетворювачів. Отримання перовскітів можна проводити за допомогою безвакуумних методів, що не потребують підтримання високих температур, завдяки чому зменшується собівартість плівок та виникає можливість створення приладів на різноманітних підкладках, включаючи гнучкі

Отримання та дослідження хімічно осаджених плівок оксиду цинку

Зростаючі потреби в альтернативних джерелах енергії та детекторах ультрафіолетового (УФ) випромінювання стимулювали в останні роки інтенсивне дослідження широкозонних напівпровідникових матеріалів. Одним з основних об’єктів таких досліджень є ZnO, який володіє високим коефіцієнтом пропускання (Т = 70-80 %) та прозорістю у видимій області спектру. Плівки ZnO можуть служити гарним матеріалом для створення ефективних сонячних елементів

Surface chemistry and nano-/microstructure engineering on photocatalytic In2S3 nanocrystals

Colloidal nanocrystals (NCs) compete with molecular catalysts in the field of homogenous catalysis, offering easier recyclability and a number of potentially advantageous functionalities, such as tunable band gaps, plasmonic properties, or a magnetic moment. Using high-throughput printing technologies, colloidal NCs can also be supported onto substrates to produce cost-effective electronic, optoelectronic, electrocatalytic, and sensing devices. For both catalytic and technological application, NC surface chemistry and supracrystal organization are key parameters determining final performance. Here, we study the influence of the surface ligands and the NC organization on the catalytic properties of In2S3, both as a colloid and as a supported layer. As a colloid, NCs stabilized by inorganic ligands show the highest photocatalytic activities, which we associate with their large and more accessible surfaces. On the other hand, when NCs are supported on a substrate, their organization becomes an essential parameter determining performance. For instance, NC-based films produced through a gelation process provided five-fold higher photocurrent densities than those obtained from dense films produced by the direct printing of NCs.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Структурні та субструктурні характеристики хімічно осаджених плівок оксиду цинку

Серед різних методів нанесення плівок ZnO хімічне осадження, завдяки простоті та економічності, є одним з перспективних безвакуумних методів одержання шарів з керованими властивостями. Нанотекстуровані плівки оскиду цинку були хімічно осаджені на попередньо очищені скляні підкладки з водного розчину гексагідрату нітрату цинку та аміаку при температурі вихідного розчину 90 0С. Час нанесення плівок варіювався від 30 до 120 хвилин. Морфологія поверхні отриманих зразків досліджувалася з використанням методу растрової мікроскопії. Структурні дослідження зразків були виконані на автоматизованому ренгенодифрактометрі Bruker D8 Advance у Ni-фільтрованому Ka випромінюванні мідного анода

Tuning branching in ceria nanocrystals

Branched nanocrystals (NCs) enable high atomic surface exposure within a crystalline network that provides avenues for charge transport. This combination of properties makes branched NCs particularly suitable for a range of applications where both interaction with the media and charge transport are involved. Herein we report on the colloidal synthesis of branched ceria NCs by means of a ligand-mediated overgrowth mechanism. In particular, the differential coverage of oleic acid as an X-type ligand at ceria facets with different atomic density, atomic coordination deficiency, and oxygen vacancy density resulted in a preferential growth in the [111] direction and thus in the formation of ceria octapods. Alcohols, through an esterification alcoholysis reaction, promoted faster growth rates that translated into nanostructures with higher geometrical complexity, increasing the branch aspect ratio and triggering the formation of side branches. On the other hand, the presence of water resulted in a significant reduction of the growth rate, decreasing the reaction yield and eliminating side branching, which we associate to a blocking of the surface reaction sites or a displacement of the alcoholysis reaction. Overall, adjusting the amounts of each chemical, well-defined branched ceria NCs with tuned number, thickness, and length of branches and with overall size ranging from 5 to 45 nm could be produced. We further demonstrate that such branched ceria NCs are able to provide higher surface areas and related oxygen storage capacities (OSC) than quasi-spherical NCs

Сенсорні властивості хімічно осаджених плівок ZnO

Завдяки можливості створення високопористих шарів за допомогою економічних та технологічно простих методів, тонкоплівкові конденсати оксиду цинку (ZnO) широко використовуються як детектори газового середовища. Значна питома поверхня плівок та висока рухливість носіїв заряду в оксиді цинку сприяють адсорбції великої кількості молекул газу, що приводить до зміни опору матеріалу в широкому діапазоні значень

Metal oxide aerogels with controlled crystallinity and faceting from the epoxide-driven cross-linking of colloidal nanocrystals

We present a novel method to produce crystalline oxide aerogels which is based on the cross linking of preformed colloidal nanocrystals (NCs) triggered by propylene oxide (PO). Ceria and titania were used to illustrate this new approach. Ceria and titania colloidal NCs with tuned geometry and crystal facets were produced in solution from the decomposition of a suitable salt in the presence of oleylamine (OAm). The native surface ligands were replaced by amino acids, rendering the NCs colloidally stable in polar solvents. The NC colloidal solution was then gelled by adding PO, which gradually stripped the ligands from the NC surface, triggering a slow NC aggregation. NC-based metal oxide aerogels displayed both high surface areas and excellent crystallinity associated with the crystalline nature of the constituent building blocks, even without any annealing step. Such NC-based metal oxide aerogels showed higher thermal stability compared with aerogels directly produced from ionic precursors using conventional sol-gel chemistry strategies

Synthesis, bottom up assembly and thermoelectric properties of Sb-doped PbS nanocrystal building blocks

The precise engineering of thermoelectric materials using nanocrystals as their building blocks has proven to be an excellent strategy to increase energy conversion efficiency. Here we present a synthetic route to produce Sb-doped PbS colloidal nanoparticles. These nanoparticles are then consolidated into nanocrystalline PbS:Sb using spark plasma sintering. We demonstrate that the introduction of Sb significantly influences the size, geometry, crystal lattice and especially the carrier concentration of PbS. The increase of charge carrier concentration achieved with the introduction of Sb translates into an increase of the electrical and thermal conductivities and a decrease of the Seebeck coefficient. Overall, PbS:Sb nanomaterial were characterized by two-fold higher thermoelectric figures of merit than undoped PbS