L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий

Селенид кадмия для фотоэлектрохимического преобразователя


ГруппаНаучная литература
Название на русском языкеСеленид кадмия для фотоэлектрохимического преобразователя
Авторы на русском языкеДергачева М.Б., Жанабаева А.К., Пузикова Д.С., Уразов К.А.
Вид издания на русском языкемонография
Издательство на русском языкеАлматы, 2017. - 153 с.

Резюме

Освещены проблемы фотоэлектрохимического преобразования света в электрическую энергию. Показано, что тонкопленочные фотоаноды на основе селенида кадмия эффективны для использования в фотоэлектрохимических ячейках для преобразования снвета. Использование таких методов преобразования имеет важное значение для возобновляемой энергетики. Описаны различные методы получения селенида кадмия, особое внимание уделено методу электроосаждения тонких пленок селенида кадмия на различных подложках.

Для исследователей и студентов технических специальностей, занимающихся проблемами альтернативной энергетики.

Монография состоит из 2 разделов на казахском и русском языках, 8 глав, 150 страниц, 30 таблиц, 50 рисунков, 2 страница приложения, 125 использованных литературных источников.

Цель исследований: Разработка способов производства тонких пленок полупроводников CdSe для возобновляемой энергетики с использованием фотоэлектрохимии

Использованные методы: метод потенциостатического электроосаждения на подложки различной природы (титан, стеклоуглерод, молибден, (FTO/стекло), Ti/TiО2); метод сканирующей электронной микроскопии (JSM6610)(JEOL, Япония) с энергодисперсионным анализом состава, метод атомной электронной микроскопии (JSM5200)(JEOL, Япония), метод РФА (ДРОН-4-07), Рамановская спектроскопия, метод фотоэлектрохимии (метод РЕС с монохроматическим светом λ= 530 нм и полихроматическим освещением)

Полученные результаты и практическое использование. Исследования направлены на разработку нового дешевого метода изготовления полупроводникового соединения CdSe c заданной стехиометрией и наноструктурой. Определена концентрация электролитов для электроосаждения тонких пленок селенида кадмия со стехиометрическим составом. На основании проведенных исследований определены оптимальные параметры для электроосаждения тонких пленок селенида кадмия на диоксиде титана, которые включают предварительное получение окисного слоя. Показано положительное влияние добавок в электролит лигносульфаната натрия на свойства осаждаемых фоточувствительных пленок CdSe на (FTO/стекло). На основании фотоэлектрических измерений установлено, что пленки CdSe, осажденные при оптимальных условиях показывают фотоактивность в 2 раза более высокую, чем образцы, полученные в стандартном сернокислом электролите. Разработанная новая методика осаждения пленок CdSe позволяет получать равномерные нанокристаллические пленки с высокой фотоэлектрохимической активностью и регулируемым типом проводимости, которые перспективны для использования в фотоэлектрохимических преобразователях регенеративного типа.

В результате проведенных исследований разработано оптимальное соотношение концентраций ионов кадмия (II) и селена (IV) в сернокислом электролите осаждения для получения пленок CdSe, максимально приближенных к стехиометрическому составу. Установлено, что для получения состава, содержание ионов кадмия(II) в электролите должно во много раз превышать содержание ионов селена (IV). Использованный в работе сернокислый электролит (рН=2,2) с соотношением Cd: Se=20:1 позволил получить содержание элементов в осадке Cd=48,7; Se=51,3 ат% на стеклоуглеродном электроде.

В ходе исследования свойств селенида кадмия, осажденного на различных электродах выявлено, что электрооосаждение селенида кадмия на стеклоуглеродном электроде позволяет получить пленки более однородные, с соотношением кадмия к селену приближенным к стехиометрическому, с толщиной 2 и более микрон. Подтверждена фотоактивность пленок CdSe на стеклоуглеродном электроде. Морфология поверхности и соответствие стехиометрическому составу оказались лучшими при использовании стеклоуглерода в качестве рабочего электрода по сравнению с молибденом и титаном.

Исследовано влияние освещения электрода в процессе электролиза на качество осадка. Показано, что освещение галогеновой лампой ускоряет реакцию восстановление селена (IV) до иона селенида, вследствие которой осаждается избыток селена на поверхности пленки. Заметно влияние фотокоррозии осадка на морфологию поверхности.

Проведено электроосаждение тонких пленок CdSe на подложки Ti/TiO2, изготовленные путем окисления титановых пластин в серной кислоте. Исследованы элементный состав и фотоэлектрохимические свойства полученных осадков селенида кадмия. На основании проведенных исследований показано, что окисный слой должен быть достаточно тонким для обеспечения оптимальных параметров электроосаждения пленок селенида кадмия на диоксиде титана. Такие условия достигаются при поляризации титана в 0,05М серной кислоте при потенциале +0,1В в течение 10 минут. Доказано, что при данных условиях подготовки титановых подложек получаются пленки CdSe, обладающие стехиометрическим составом, с n -типом проводимости, показывающие маленький потенциал погружения и максимальные фототоки -100 мА/см2

Выполнены исследования электроосаждения наноструктурированных тонких пленок селенида кадмия на проводящем стекле, покрытом тонкой пленкой фторированного оксида олова (стекло/FTO). Для этого процесса разработан сернокислый электролит с добавкой лигносульфаната натрия, как поверхностно-активного вещества. Определены оптимальные параметры процесса электроосаждения CdSe: температура 500С, поддержание постоянного потенциала -0,7В (Ag/AgCl), осаждение в течение 20минут. Состав и морфология поверхности полученных пленок исследованы методом электронной сканирующей микроскопии (JSM-6610, JEOL) с рентгеновской приставкой и атомной электронной спектроскопии (JSPM5200,JEOL). Микрофотографии поверхности подтверждают улучшение однородности покрытия без нарушения сплошности, размер зерна составляет 100-400 нм, если электроосаждение выполнено из электролита в присутствии лигносульфоната натрия при температуре 500С. На основе элементного анализа сделан вывод, что достигнут стехиометрический состав осаждаемых пленок. (Se:Cd = 49,6:50,4). Методом РФА и Рамановской спектроскопии подтверждено образование фазы CdSe кубической структуры.

Показано положительное влияние добавок в электролит лигносульфаната натрия на свойства осаждаемых фоточувствительных пленок CdSe. На основании фотоэлектрических измерений установлено, что пленки CdSe, осажденные при оптимальных условиях показывают фотоактивность в 2 раза более высокую, чем образцы, полученные в стандартном сернокислом электролите.

Разработан технологический регламент осаждения пленок CdSe для получения равномерных нанокристаллических пленок с высокой фотоэлектрохимической активностью и регулируемым типом проводимости, которые перспективны для использования в фотоэлектрохимических преобразователях регенеративного типа.

Разработанные методы рекомендованы для получения фотоанодов в фотоэлектрохимических ячейках преобразования солнечного излучения в электрический ток, а разработанный технологический регламент для получения тонкопленочных полупроводниковых материалов.

 

 

Издание "Селенид кадмия для фотоэлектрохимического преобразователя" (Дергачева М.Б., Жанабаева А.К., Пузикова Д.С., Уразов К.А.) отмечено наградой
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ