УДК 620.91

СРАВНЕНИЕ, СИНТЕЗ И ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛООКСИДНЫХ ПЛЕНОК TIO2 В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Перунков Максим Алексеевич1, Шамин Алексей Алексеевич2
1Пензенский государственный университет, магистр кафедры «нано- и микроэлектроника»
2Пензенский государственный университет, аспирант кафедры «нано- и микроэлектроника»

Аннотация
Данная статья посвящена проблеме получения металлоксидных пленок диоксида титана, использующихся в качестве функционального слоя солнечных элементов нового поколения (СКСЭ и СЭ ГОНП). Описан метод нанесения функционального слоя диоксида титана роллерным методом.

Ключевые слова: металлоксидные пленки, роллерный метод, сканирующий электронный микроскоп, солнечная энергетика, солнечные элементы


COMPARISON, SYNTHESIS AND PREPARATION OF METAL OXIDE FILMS TIO2

Perunkov Maxim Alexeevich1, Shamin Alexey Alexeevich2
1Penza State University, master at the department “Nano- and microelectronics”
2Penza State University, post-graduate student at the department “Nano- and microelectronics”

Abstract
This article deals with the problem of obtaining a metal oxide film is used as the functional layer solar cells of new generation. The method of applying the functional layer of titanium dioxide by the roller.

Keywords: metal oxide film, roller method, SEM, solar cells, solar energetics


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Перунков М.А., Шамин А.А. Сравнение, синтез и получение металлооксидных пленок TiO2 в лабораторных условиях // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/02/78291 (дата обращения: 04.06.2017).

Как уже было отмечено ранее, основной функцией металлооскидоного полупроводника является перенос электронов от слоя перовскита к прозрачному проводящему покрытию. Следующие вещества могут быть использованы для формирования данного слоя:

  • Диоксид титана (TiO2);
  • Оксид Олова IV (SnO2);
  • Оксид Меди (Cu2O);
  • Оксид цинка (ZnO);
  • Оксид Индия (In2O3).

Согласно [1] наиболее предпочтительным является оксид индия, однако, его высокая стоимость, как и в случае с ППП на основе ITO, накладывает определенные ограничения и существенно увеличивает цену конечного продукта, поэтому от данного типа металлооксида пришлось отказаться. Все прочие кроме диоксида титана не демонстрируют необходимой эффективности энергопреобразования [2] [3], поэтому в качестве основных материалов для формирования слоя металлооксида использоваться не могут. Таким образом, в данной работе был сделан выбор в пользу изготовления солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов с использованием диоксида титана.

Существует несколько способов формирования слоя диоксида титана на поверхности прозрачного проводящего покрытия FTO на стеклянной подложке. Среди них электрохимическое анодирование, низкотемпературное газовое осаждение, спрей-пиролиз, золь-гель и так называемый роллерный метод [4].

Поскольку нанесение металлооксидных пленок методом спрей-пиролиза уже разрабатывается и используется в рамках другого проекта – победителя У.М.Н.И.К – «Разработка технологии получения металлооксидных пленок для сенсибилизированных красителем солнечных элементов» за авторством С.В. Ракши – данный способ рассматриваться не будет.

Электрохимическое осаждение и низкотемпературное газовое осаждение являются дорогими и ресурсоемкими методами [5]. Сюда же можно отнести золь-гель метод, который в данном случае не требует целой системы поддержания постоянной температуры в течение нескольких суток. [6].

Таким образом, для получения металлооксидных пленок будет использоваться роллерный метод, который представляет собой нанесение пасты диоксида титана с помощью стеклянного стержня. Для реализации подобного подхода понадобятся следующие химические вещества и оборудование:

  • Кристаллический диоксид титана (TiO2)
  • Уксусная кислота (CH3CO2H)
  • Этанол 95% (С2H5OH)
  • Triton X-100 (C14H22O(C2H4O)n)
  • Скотч
  • Электрическая плитка
  • Ступка и пестик
  • Шприц без иглы

Методика получения металлооксидных пленок с помощью роллерного метода состоит из следующих этапов:

  1. Подготовить поверхности подложек (см. п. 2.1)
  2. Размолоть необходимое количество диоксида титана в ступке. В полученную пыль добавить несколько капель уксусной кислоты до образования коллоидной суспензии гладкой консистенции.
  3. Добавить некоторое количество Triton X-100 и снова перемешать.
  4. Полученную пасту необходимо поместить в объем шприца и нанести на закрепленную на твердой поверхности скотчем стеклянную подложку (рисунок 1).


Рисунок 1. нанесение пасты на поверхность стеклянной подложки FTO

  1. Аккуратно удалить скотч и поместить стеклянную подложку на электрическую плитку на 20 минут при температуре 80 градусов. В некоторых случаях стекло может треснуть. Данные образцы отбраковываются.
  2. Позволить полученным образцам (рисунок 2) остыть.


Рисунок 2. Фотография образца стеклянных подложек с нанесенным на него металлооксидом диоксида титана

Исследование данного образца c нанесенным на него металлооксидом проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа Vega3 Tescan. На рисунках 3 и 4 представлены SEM – изображения, полученные с помощью данного микроскопа. Хорошо видно, что полученные покрытия обладают правильной поверхностной морфологией, что соотносится с исследованиями [2] и [6].

Рисунок 3. SEM – изображение образца с нанесенным на него слоем металлооксида диоксида титана (50 мкм)

.

Рисунок 4. SEM – изображение образца с нанесенным на него слоем металлооксида диоксида титана (5 мкм)


Библиографический список
  1. Dong Q., Fangzho L. In2O3 based perovskite solar cells. – 2016
  2. Priti T., Pablo D., Johnston M.B. Electron Mobility and Injection Dynamics in Mesoporous ZnO, SnO2, and TiO2 Films Used in Dye-Sensitized Solar Cells. – 2011 – P. 5158 – 5166
  3. Phutthamon C., Jarusutthirak C. A Comparison Study of Photocatalytic Activity of TiO2 and ZnO on the Degradation of Real Batik Wastewater. – 2015 – P. 8 – 12
  4. Qiu  J., Qiu Y., Yan K., Zhong  M., Mu  C., Yan  He, Yang  S. All-solid-state hybrid solar cells based on a new organometal halide perovskite sensitizer and one-dimensional TiO2 nanowire arrays, The royal society of chemistry, – 2013 – P. 3245-3248


Все статьи автора «Шамин Алексей Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: