Synthese von Hierarchical ZnO / CdSSe Heterostruktur Nanotrees
Summary
Hier bereiten wir und zu charakterisieren neuartige baumartige hierarchische ZnO / CdSSe Nanostrukturen, wo CdSSe Zweige auf vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte wachsen. Die resultierenden nanotrees sind ein potentielles Material für die Umwandlung von Solarenergie und andere optoelektronische Geräte.
Abstract
Ein zweistufiger chemical vapor deposition Verfahren wird hier verwendet baumartige hierarchische ZnO / CdSSe hetero-Nanostrukturen herzustellen. Die Strukturen bestehen aus CdSSe Zweige auf ZnO-Nanodrähte gewachsen, die vertikal auf einem transparenten Saphirsubstrat ausgerichtet sind. Die Morphologie wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie gemessen. Die Kristallstruktur wurde durch Röntgenpulverbeugungsanalyse bestimmt. Sowohl die ZnO-Stamm und CdSSe Zweige haben eine überwiegend Wurtzit-Kristallstruktur. Das Molverhältnis von S und Se in den Zweigen CdSSe wurde durch energiedispersive Röntgenspektroskopie gemessen. Die CdSSe Zweige bewirken starke Absorption sichtbaren Lichts. Photolumineszenz (PL) Spektroskopie zeigte, dass der Stamm und Ästen eine Typ-II-Heteroübergang bilden. PL Lebensdauermessungen zeigten eine Abnahme in der Lebensdauer der Emission von den Bäumen, wenn der Emission von einzelnen ZnO verglichen Stielen oder CdSSe Zweigen und zeigen schnelle Ladungsübertragung zwischen CdSSe und ZnO. Der Vertinisch ausgerichteten ZnO ergibt sich ein direkter Elektronentransportweges auf das Substrat liefern und für eine effiziente Ladungstrennung nach Anregung durch Licht durch sichtbares Licht zu ermöglichen. Die Kombination der oben genannten Eigenschaften macht ZnO / CdSSe nanotrees aussichtsreiche Kandidaten für Anwendungen in Solarzellen, Photokatalyse und opto-elektronischen Vorrichtungen.
Introduction
ZnO ist ein II-VI – Halbleiter mit einer Bandlücke (BG) von 3,3 eV mit einer hohen Elektronenbeweglichkeit und eine große Exzitonenbindungsenergie 1,2. Es ist ein reichlich vorhandenes Halbleitermaterial mit einer Vielzahl von gegenwärtigen und zukünftigen Anwendungen in der optischen Geräte, Solarzellen und Photokatalyse. Allerdings ist ZnO transparent, die im sichtbaren Spektralbereich ihrer Anwendung begrenzt. Daher Materialien für sichtbares Licht, beispielsweise mit schmalem Bandabstand – Halbleiter 3, Farbstoffmoleküle 4 und lichtempfindliche Polymere 5 haben für sensibilisierende ZnO für sichtbares Licht absorbierende eingesetzt Absorption häufig worden.
CdS (BG 2.43 eV) und CdSe (BG 1.76 eV) sind gemeinsame Schmal Lücke Halbleiter II-VI und intensiv untersucht worden. Die BG und Gitterparameter der ternären Legierung CdSSe durch Variation der Molverhältnisse der Komponenten VI 6,7 eingestellt werden. ZnO / CdSSe Nanokomposite wurden in effizienter photov führen berichtetoltaic Energieumwandlung 8,9.
Mit dem verbesserten sichtbaren Lichtabsorption der CdSSe Zweige führte zu einer effizienten Elektronentransfer zwischen dem Stamm und Zweige 9,10 effiziente Elektronentransportweges vertikal ausgerichteter ZnO – Nanodrähten auf einem Substrat zu verbinden. So synthetisierten wir einen neuen Baum-wie ZnO / CdSSe Nanostruktur, in der vertikal ausgerichteten ZnO-Nanodrähte mit CdSSe Zweigen verziert sind. Dieser Verbundwerkstoff kann für neuartige Solarenergieumwandlungsvorrichtungen als Baustein handeln.
Dieses Protokoll beschreibt , wie ZnO – Nanodraht – Arrays auf einem Saphirsubstrat durch einstufige chemische Dampfabscheidung (CVD) von ZnO und C Pulver gezüchtet werden, nach einem Verfahren , das vorher 11 veröffentlicht. Nach dem Wachstum von ZnO-Nanodrähten wird ein zweiter Schritt der CVD eingesetzt CdSSe Zweige auf der ZnO-Nanodrähte zu wachsen. Wir beschäftigen Röntgenpulverbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), undEnergiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) zur Messung der Kristallstruktur, Morphologie und Zusammensetzung der ZnO / CdSSe nanotrees (NTs). Die optischen Eigenschaften und die Ladungsträgertransfermechanismus zwischen den Zweigen und Stamm wurden von Photolumineszenz (PL) -Spektroskopie und zeitaufgelöste PL Lebensdauermessungen untersucht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die vertikale Ausrichtung der ZnO-Nanodrähte (Stämme) auf epitaxiales Wachstum auf dem Substrat basiert. ZnO – Nanodrähte wachsen vorzugsweise entlang der <0001> Richtung , die 12 mit der Periodizität der a-Ebene von Saphir passt. Daher sind die Art und die Qualität des Substrats sehr wichtig. Unterschiedliche Dicken der Goldbeschichtung auf dem Substrat, von 5 nm bis 20 nm, wurden getestet und zeigten keinen signifikanten Unterschied im Wachstum der ZnO-Nanodrähten. Die Länge der ZnO-Nanodrähte…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Svilen Bobev für seine Hilfe bei der XRD-Spektren und K. Booksh für die Unterstützung bei der Sputter-Coater Ausrüstung.
Materials
| 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 |
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