Дослідження структурних, оптичних та електричних властивостей легованого MnO з мідними тонкіми плівками, підготовленими за технікою PLD для застосування у сонячних елементах
Анотація
У поточному дослідженні концентровані лазерні імпульси Nd:YAG при 500 мДж з другим випромінюванням при 1064 нм (ширина імпульсу 9 нс) і частотою повторення (6 Гц) для 300 лазерних імпульсів, що падають на поверхню мішені, використовувалися для покриття скляних підкладок тонкими плівками MnO. За допомогою рентгенівського дифрактометра (XRD), атомно-силового мікроскопа (АСМ) та спектрофотометра UV-Vis визначено структурні, морфологічні та оптичні характеристики плівок, легованих різними концентраціями Cu (0,03; 0,05; 0,07; і 0,09). Результати показують, що плівки є полікристалічними, з найбільшим піком, що з’являється під кутом 35,31, або дзеркальним (111). Кристалічний розмір осаджених тонких плівок був розрахований за допомогою формули Дебая-Шерера, і було виявлено, що він збільшується від 11,8 нм для нелегованого MnO2 до 29,6 нм для легованого (MnO) зі збільшенням вмісту Cu від x=0 до x=0,09 за переважної орієнтації (111). Усі зразки мають кубічну структуру. Крім того, результати показали, що вміст Cu в плівках впливає на морфологію поверхні. За результатами АСМ-аналізу було виявлено, що шорсткість і середній діаметр змінюються при додаванні Cu до структури, причому найбільше значення спостерігається при співвідношенні Cu 0,09, що дорівнює 65,40 і 71,21 нм відповідно. Для дослідження оптичного пропускання використовували спектрофотометр UV–Vis. Було виявлено, що при збільшенні вмісту Cu в плівках пропускна здатність плівок зменшується. Вимірювання ефекту Холла показують, що всі підготовлені плівки при кімнатній температурі мають два типи провідності: p-тип і n-тип. Було вивчено електричні характеристики (MnO)1-xCux/PSi сонячної батареї з гетеропереходом і виявлено, що ефективність (η) зменшується зі збільшенням вмісту Cu.
Завантаження
Посилання
P.U. Asogwa, S.C. Ezugwu, F.I. Ezema, “Variation of optical and solid state properties with post deposition annealing in PVA-Capped MnO2 thin films,” Superficies y Vacio, 23(1) 18-22 (2010). https://www.fis.cinvestav.mx/~smcsyv/supyvac/23_1/SV2311810.pdf
D.K. Naser, A.K. Abbas, and K.A. Aadim, “Zeta potential of Ag, Cu, ZnO, CdO and Sn nanoparticles prepared by pulse laser ablation in liquid environment,” Iraqi Journal of Science, 2570-2581 (2020). https://doi.org/10.24996/ijs.2020.61.10.13
J. Medina-Valtierra, J. Ramrez-Ortiz, V.M. Arroyo-Rojas, and F. Ruiz, “Cyclohexane oxidation over Cu2O–CuO and CuO thin films deposited by CVD process on fiberglass,” Applied Catalysis A, 238, 1-9 (2003). https://doi.org/10.1016/S0926-860X(02)00074-1
R. Naeem, R. Yahya, A. Pandikumar, N.M. Huang, M. Misran, Z. Arifin, and M. Mazhar, “Photoelectrochemical properties of morphology-controlled manganese, iron, nickel and copper oxides nanoball thin films deposited by electric field directed aerosol assisted chemical vapor deposition,” Materials Today Communications, 4, 141-148 (2015). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2015.06.004
Z.S. Mahdi, and G.H. Mohammed, “Structural and Optical Properties of GO-doped (TiO2: MoS2) Films Prepared by Pulsed Laser Deposition,” Journal of Survey in Fisheries Sciences, 10(3S), 5658-5668 (2023). https://sifisheriessciences.com/journal/index.php/journal/article/view/1954/2010
F.K. Allah, S.Y. Abe, C.M. Nunez, A. Khelil, L. Cattin, M. Morsli, J.C. Bernede, et al., “Characterisation of porous doped ZnO thin films deposited by spray pyrolysis technique,” Applied Surface Science, 253, 9241 9247 (2007). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.05.055
O. Nilsen, H. Fjellvag, A. Kjekshus, “Growth of manganese oxide thin films by atomic layer deposition,” Thin Solid Films, 444, 44-51 (2003). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)01101-5
H. Unuma, T. Kanehama, K. Yamamoto, K. Watanabe, T. Ogata, M. Sugawara, “Preparation of thin films of MnO2 and CeO2 by a modified chemical bath (oxidative-soak-coating) method,” Journal of Materials Science, 38, 255-259 (2003). https://doi.org/10.1023/A:1021197029004
M.A. Abood, and B.A. Hasan, “A Comparison Study the Effect of Doping by Ga2O3 and CeO2 On the Structural and Optical Properties of SnO2 Thin Films,” Iraqi Journal of Science, 64(4), 1675-1690 (2023). https://doi.org/10.24996/ijs.2023.64.4.10
S. Liang, F. Teng, G. Bulgan, R. Zong, and Y. Zhu, “Effect of Phase Structure of MnO2 Nanorod Catalyst on the Activity for CO Oxidation,” Journal of Physical Chemistry C, 112, 5307-5315 (2008). https://doi.org/10.1021/jp0774995
M. Nakayama, Y. Kashiwa, and K. Suzuki, “Electrochromic Properties of MnO2-Based Layered Polymer Nanocomposite,” Journal of the Electrochemical Society, 156, D125-D130 (2009). http://dx.doi.org/10.1149/1.3072896
N. Sakai, Y. Ebina, K. Takada, and T. Sasaki, “Electrochromic Films Composed of MnO2 Nanosheets with Controlled Optical Density and High Coloration Efficiency,” Journal of the Electrochemical Society, 152, E384-E389 (2005). https://doi.org/10.1149/1.2104227
D. Yuping, M. He, L. Xiaogang, L. Shunhua, and J. Zhijiang, “The microwave electromagnetic characteristics of manganese dioxide with different crystallographic structures,” Physica B, 405, 1826-1831 (2010). https://doi.org/10.1016/j.physb.2010.01.055
A.K.M. Farid ul Islam, R. Islam, and K.A. Khan, “Studies on the thermoelectric effect in semiconducting MnO2 thin films,” Journal of materials science: Materials in electronics, 16, 203-207 (2005). https://doi.org/10.1007/s10854-005-0766-1
H. Xia, W. Xiao, M.O. Lai, and I. Lu, “Facile Synthesis of Novel Nanostructured MnO2Thin Films and Their Application in Supercapacitors,” Nanoscale Res. Lett. 4, 1035–1040 (2009). https://doi.org/10.1007/s11671-009-9352-4
R.K. Jamal, M.A. Hameed, and K.A. Adem, “Optical properties of nanostructured ZnO prepared by a pulsed laser deposition technique,” Materials Letters, 132, 31-33 (2014). https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.06.047
K. Tian, M. Prestgard, and A. Tiwari, “A review of recent advances in nonenzymatic glucose sensors,” Mater. Sci. Eng. C, 41, 100 118 (2014). https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.04.013
Z. Muslima, and J. Podder, “Structural, optical and electrical properties of Cu: MnO2 nanostructured thin films for glucose sensitivity measurements,” SN Applied Sciences, 2, 385-396 (2020). https://doi.org/10.1007/s42452-020-2191-8
K.A. Aadim, R.A. Alansary, and S.A. Alhady, “Effect of Mn concentration on the structural and optical properties of SnO2 thin films prepared by pulse laser deposition,” Journal of Research and Method in Education (IOSR-JRME), 4(4), 12-19 (2014). https://www.doi.org/10.9790/7388-04441219
G.A. Al-Dahash, Q.M. Salman, and S.F. Haddawi, “Study the Effect of Copper (Cu) Doping on the Structure Properties of Zinc Oxide (ZnO) Prepared by Using Pulsed Laser Deposition (PLD),” J. Univ. Kerbala, 15(2), 87-95 (2017). https://iasj.net/iasj/pdf/f612004da9aae7d2
G.K. Williamson, and R.E. Smallman, “III. Dislocation Densities in Some Annealed and Coldworked Metals from Measurements on the X-Ray Debye-Scherrer Spectrum,” Philos. Mag.: A journal of experimental and applied physics, 1(1), 34-46 (1956). https://doi.org/10.1080/14786435608238074
H. Kim, and C.M. Gilmore, “Transparent conducting aluminum-doped zinc oxide thin films for organic light-emitting devices,” Appl. Phys. Lett. 76(3), 259-261 (2000). https://doi.org/10.1063/1.125740
S. Sami, S.S. Chiad, K. Haneen, T. Mubarak, N.F. Habubi, M.K. Mohammed, and A. Khadyair, “Fabrication and study the structure, optical and dispersion parameters of PMMA with InCl3 additive,” J. Glob. Pharma Technol. 11(4), 369-374 (2019).
M.G. Hutchins, O. Abu-Alkhair, M.M. El-Nahass, and K. Abd El-Hady, “Structural and optical characterisation of thermally evaporated tungsten trioxide (WO3) thin films,” Mater. Chem. Phys. 98(2-3), 401-405 (2006). https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2005.09.052
M. Thakurdesai, N. Kulkarni, B. Chalke, and A. Mahadkar, “Synthesis of CdSe Films by Annealing of Cd/Se Bilayer,” Chalcogenide Lett. 8(3), 223-229 (2011). http://chalcogen.ro/223_Thakurdesai.pdf
S. Sönmezoğlu, A. Arslan, T. Serin, and N. Serin, “The effects of film thickness on the optical properties of TiO2–SnO2 compound thin films,” Phys. Scr. 84(6), 65602, 2011. https://doi.org/10.1088/0031-8949/84/06/065602
A. Gultekin, “Effect of Au Nanoparticles Doping on The Properties of TiO2 Thin Films,” Materials Science (Medžiagotyra), 20(1), 1392-1320 (2014). https://doi.org/10.5755/j01.ms.20.1.3709
D. Na, L. Satyanarayana, G.-P. Choi, Y.-J. Shin, and J.S. Park, “Surface morphology and sensing property of NiO-WO3 thin films prepared by thermal evaporation,” Sensors, 5(12), 519-528 (2005). https://doi.org/10.3390/s5120519
A. Peng, Y. Gao, Q. Yang, X. Zuo, H. Tang, and G. Li, “MoC/MnO composite materials as high efficient and stable counter electrode catalysts for dye-sensitized solar cells,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 31, 1976-1985 (2020). https://doi.org/10.1007/s10854-019-02717-8
Авторське право (c) 2023 Доаа Т. Мохаммед, Гусон Х. Мохаммед
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
