CC BY
3
2. Koebel M.M, Nadargi D.Y, Jimenez-Cadena G., Romanyuk Y.E. Transparent, conducting ATO thin films by epoxide-initiated sol-gel chemistry: a highly versatile route to mixed-metal oxide films - 2012 - ACS Publications
3. Fan J. D., Zamani R., Fabrega C., Shavel A., Flox C, Solution-growth and optoelectronic performance of ZnO:CI/Ti02 and ZnOiCl/ZnxTiO/TiOj core-shell nanowires with tunable shell thickness, J. Phys. D: Appl. Phys. - 2012 - P. 415
4. Sumio Sakka. Sol-Gel Science And Technology, Processing Characterization and Applications. - 2004 - P. 210 - 220
УДК 620.91
Шамин А.А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК TiO2 РОЛЛЕРНЫМ МЕТОДОМ
Аннотация:основной проблематикой данной работы являлось получение и исследование слоя диоксида титана. В рамках работы предложен способ получения слоя диоксида титана роллерным методом.
Ключевые слова: солнечная энергетика, возобновляемые источники энергии, диоксид титана, СЭ ГОНП, роллерный метод, солнечные батареи
Shamin A.A., post-graduate student at the department "Nano- and microelectronics"
Penza State University Russia, Penza Scientific director: Pecherskaya E.A.
Proffesor
PREPARATION OF TiO2 FILMS BY ROLLER METHOD
The summary in English: The main issues of this work were to obtain and study the layer of titanium dioxide. Also provided is a method for producing the titanium dioxide layer by roller method.
Key words: solar energetics, renewable energy sources, titanium dioxide, solar cells based on perovskite, roller method, solar batteries
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% (C2H5OH)
• 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
5. 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.
6. 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)
Использованные источники:
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
5. Grzegorz D., Agnieszka B. Fabrication of nanoporous TiO2 by electrochemical anodization. - 2009 - P. 4359 - 4367
6. Barnes R., Molina R., Xu J. Comparison of TiO2 and ZnO nanoparticles for photocatalytic degradation of methylene blue and the correlated inactivation of gram-positive and gram-negative bacteria. - 2013
