Her vil vi forberede og karakterisere nye træ-lignende hierarkiske ZnO / CdSSe nanostrukturer, hvor CdSSe filialer er dyrket på lodret linie ZnO nanotråde. De resulterende nanotrees er en potentiel materiale til solenergi konvertering og andre optoelektroniske anordninger.
En kemisk dampudfældning procedure i to trin er her ansat til at forberede træ-lignende hierarkiske ZnO / CdSSe hetero-nanostrukturer. Strukturerne er sammensat af CdSSe filialer dyrket på ZnO nanotråde der er vertikalt rettet ind på en transparent safir substrat. Morfologien blev målt via scanning elektronmikroskopi. Krystalstrukturen blev bestemt ved røntgen-diffraktion analyse. Både ZnO dæmme og CdSSe filialer har en overvejende wurtzite krystalstruktur. Molforholdet mellem S og Se i CdSSe filialer blev målt ved energy dispersive X-ray spektroskopi. De CdSSe filialer medføre kraftig synligt lys absorption. Fotoluminescens (PL) spektroskopi viste, at stammen og grene danner en type-II heterojunction. PL levetid målinger viste et fald i levetid emission fra træerne i forhold til emission fra individuelle ZnO stængler eller CdSSe grene og angiver hurtig opladning overførsel mellem CdSSe og ZnO. Vertitisk tilpasset ZnO stængler tilvejebringe en direkte elektrontransport pathway til substratet og give mulighed for effektiv opladning separation efter fotoexcitering af synligt lys. Kombinationen af ovennævnte egenskaber gør ZnO / CdSSe nanotrees lovende kandidater til applikationer i solceller, fotokatalyse og opto-elektroniske enheder.
ZnO er et II-VI halvleder med et båndgab (BG) på 3,3 eV, en høj elektron mobilitet, og en stor exciton bindingsenergi 1,2. Det er en rigelig halvledende materiale med et væld af nuværende og fremtidige applikationer i optiske enheder, solceller og fotokatalyse. Men ZnO er transparent, hvilket begrænser dets anvendelse i det synlige spektrale område. Derfor kan materialer absorberer synligt lys, såsom snævre-gap halvledere 3, farvemolekyler 4 og lysfølsomme polymerer 5, der ofte er blevet anvendt til sensibiliserende ZnO til synligt lys absorption.
CdS (BG 2,43 eV) og CdSe (BG 1.76 eV) er almindelige II-VI smal-gap halvledere og er blevet intensivt undersøgt. BG og gitterparametre af det ternære legering CdSSe kan justeres ved at variere molforholdene af Vi-komponenter 6,7. ZnO / CdSSe nanokompositter er blevet rapporteret at resultere i en effektiv photovoltaic energi konvertering 8,9.
Kombinere effektiv elektrontransport pathway vertikalt flugtende ZnO nanotråde mod et substrat med den forbedrede synligt lys absorption af de CdSSe grene ført til effektiv elektronoverførsel mellem stilken og grene 9,10. Således har vi syntetiseret en ny træ-lignende ZnO / CdSSe nanostruktur, hvor lodret linie ZnO nanotråde er dekoreret med CdSSe filialer. Dette kompositmateriale kan fungere som en byggesten for nye solenergi konvertering enheder.
Denne protokol beskriver, hvordan ZnO nanotråd arrays dyrkes på et safirsubstrat ved et-trins kemisk dampudfældning (CVD) fra ZnO og C pulvere, efter en procedure, der tidligere er blevet offentliggjort 11.. Efter væksten af ZnO nanotråde, er et andet trin i CVD ansat til at vokse CdSSe afdelinger på ZnO nanotråde. Vi anvender røntgen pulver diffraktion (XRD), scanning elektronmikroskopi (SEM), ogenergi-dispersive X-ray spektroskopi (EDS) for at måle krystalstrukturer, morfologi, og sammensætningen af ZnO / CdSSe nanotrees (NTS). Mekanismen optiske egenskaber og ladningsbærere overførsel mellem grenene og stammen er blevet undersøgt af fotoluminescens (PL) spektroskopi og tid-løst PL levetid målinger.
Den lodrette justering af ZnO nanotråde (stængler) er baseret på epitaksial vækst på underlaget. ZnO nanotråde vokser fortrinsvis langs <0001> retning, der passer med hyppigheden af a-plan safir 12. Derfor, typen og kvaliteten af substratet er meget vigtige. Forskellige tykkelser af guld belægning på substratet, fra 5 nm til 20 nm, er blevet testet og viste ingen signifikant forskel i væksten af ZnO nanotråde. Længden af ZnO nanotråde kan justeres ved at ændre mængden af …
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Svilen Bobev for hans hjælp med XRD spektre og K. Booksh for hjælp til pådampningsbelægningsmaskinen udstyr.
ZnO | Sigma Aldrich | 1314-13-2 | |
Activated Carbon | Alfa | 231-153-3 | |
CdSe | Sigma Aldrich | 1306-24-7 | |
CdS | Sigma Aldrich | 1306-23-6 | |
Sapphire | MTI | 2SP | a-plane, 10 × 10 × 1 mm |
Furnace | Lindberg Blue M | SSP | |
Scanning electron microscope | Hitachi | S5700 | assembled with an Oxford Inca X-act detector |
X-ray powder diffractometer | Rigaku | MiniFlex | filtered Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å) |
Amplified Ti:sapphire oscillator | Coherent Mantis | Coherent Legend-Elite | |
Single photon detection module | ID Quantique | ID-100 | |
Sputter coater | Cressington | 308 | assembled with gold target |
Fiber probe spectrometer | Photon Control | SPM-002 | |
Colored Glass Filter | Thorlabs | FGB37-A – Ø25 mm BG40 | AR Coated: 350 – 700 nm |
Compressed argon gas | Keen | 7440-37-1 |