Наночастицы в системе Ag-In-S, полученные методом осаждения, в качестве адсорбера света в ZnO для фотоэлектрических приложений

Наноразмерные нанокомпозиты с сульфидом серебра (Ag-In-S) с включением индия были синтезированы простым мокрым химическим методом в качестве слоя переноса электронов в оксиде цинка (ZnO) для высокоэффективных фотоэлектрических (ФЭ) элементов. Включение ионов индия с высокой проводимостью в Ag₂S улучшит легкий перенос электронов, а собранная гетероструктура обеспечит сбор солнечного света в фотоэлектрических элементах. Исследования порошковой рентгеновской дифракции (XRD) подтвердили образование нанокомпозитов Ag₂S с включением индия (AIS)  и нанокомпозитов (ZAIS) состоящих из ZnO и AIS, кристаллизующихся в чистой моноклинной фазе и смешанной гексагональной, моноклинной и фазах вюрцита. Широкое распределение частиц по размерам в ZAIS показало срастание нанокомпозитов AIS с решеткой ZnO, тем самым способствуя повышению светоадсорбционных характеристик. Кроме того, в составных нанокомпозитах ZAIS эффективно достигаются перестройка оптической запрещенной зоны, охватывающая весь солнечный спектр (УФ, видимую и инфракрасную области), многозонные электронные переходы и, следовательно, содействие транспортировке быстрых электронов. При таком простом положительном подходе, однако, эффективность фотоэлектрических элементов повышается за счет включения ионов металла In³⁺; дальнейшее повышение эффективности солнечных элементов может быть реализовано путем оптимизации процессов синтеза.

1. Ahmet Z.S., Mohammed Ayaz U., Bekir S.Y., Abdullah A.S. Performance enhancement of solar energy systems using nanofluids: An updated review. Renew. Energy, 2020, 145, P. 1126–1148.

2. Selvakumar P., Muthukumarasamy N., Agilan S., Vijayshankar A., Akila Y., Venkatraman M.R., Senthilarasu S., Dhayalan V. A review on the classification of organic / inorganic / carbonaceous hole transporting materials for perovskite solar cell application. Arab. J. Chem., 2020, 13, P. 2526–2557.

3. Zahra S. Recent progress in development of diverse kinds of hole transport materials for the perovskite solar cells: A review. Renew. Sust. Energy Rev., 2020, 119, P. 109608–109646.

4. Zinab H.B., Qamar W., Azhar F., Lukas Schmidt M., Thomas M., Rajan J. Advances in hole transport materials engineering for stable and efficient perovskite solar cells. NanoEnergy, 2017, 34, P. 271–305.

5. Ambalika S., Rahul S., Nishat B., Asha Kumari. Review on synthesis, characterization and applications of silver sulphide quantum dots. J. Mat. Sci. Res. Rev., 2021, 7(3), P. 42–58.

6. Anjana V.N., Majo J., Sijo F., Alex J., Ebey P. Koshy, Beena M. Microwave assisted green synthesis of silver nanoparticles for optical, catalytic, biological and electrochemical applications. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol., 2021, 49, P. 438–449.

7. Auttasit T., Kun-Lun W., Hao-Yu T., Ming-Way L., Gou Jen W. Ag2S quantum dot-sensitized solar cells. Electrochem. Commun., 2010, 12, P. 1158–1160.

8. Nurul Syafiqah M., Suhaila S., Norasikin Ahmad L., Asri Mat Teridi M., Adib Ibrahim M. Effect of silver sulphide (Ag2S) layer towards the performance of copper indium sulphide (CuInS2) quantum dots sensitized solar cell. Int. J. Nanotechnol., 2021, 17, P. 795–806.

9. Hanlin H., Mriganka S., Xuejuan W., Jiaoning T., Chih-Wei C., Gang L. Nucleation and crystal growth control for scalable solution-processed organic–inorganic hybrid perovskite solar cells. J. Mater. Chem. A, 2020, 8, P. 1578–1603.

10. Yaokang Z., Sze-Wing N., Xi L., Zijian Z. Solution-processed transparent electrodes for emerging thin-film solar cells. Chem. Rev., 2020, 120, P. 2049–2122.

11. Mingxia J., Yun L., Chenxi L., Hao B., Liting G., Peng C., Xiliang L. Strongly emitting and long-lived silver indium sulphide quantum dots for bioimaging: Insight into co-ligand effect on enhanced photoluminescence. J. Colloid Interface Sci., 2020, 565, P. 35–42.

12. Taro U., Kazutaka W., Dharmendar Kumar S., Shuzo H., Takahisa Y., Tatsuya K., Martin V., Tsukasa T., Susumu K. Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III-VI semiconductor shells. NPG Asia Mater., 2018, 10, P. 713–726.

13. Jilu C.J., Tina S., Sunny M., Shaji S., Augustine S. Investigations on the properties of indium sulphide – Graphene nanocomposites thin films. Thin Solid Films, 2020, 695, P. 137758–137772.

14. Jingjing Z., Hou W., Xingzhong Y., Guangming Z., Wenguang Tu Sibo W. Tailored indium sulphide-based materials for solar-energy conversion and utilization. J. Photoch. Photobio. C: Photochem. Rev., 2019, 38, P. 1–26.

15. Mohammed Hamed S.G., Michael A.A., Yong Z., Genene Tessema M. Silver sulphide nano-particles enhanced photo-current in polymer solar cells. Appl. Phys. A, 2020, 126, P. 207–214.

16. Mohammad Istiaque H. Prospects of CZTS solar cells from the perspective of material properties, fabrication methods and current research challenges. Chalcogenide Lett., 2012, 9, P. 231–242.

17. Zhe X., Jihuai W., Yuqian Y., Zhang L., Jianming L. High-efficiency planar hybrid perovskite ssolar cells using indium sulphide as electron transport layer. ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, P. 4050–4056.

18. Asim G., Amlan J. Pal. Copper-diffused AgInS2 ternary nanocrystals in hybrid bulk-heterojunction solar cells: Near-infrared active nanophotovoltaics. Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, P. 4181–4189.

19. Anusit K., Pisist K., Takashi S. Silver-indium-sulphide quantum dots in titanium dioxide as electron transport layer for highly efficient and stable perovskite solar cells. J. Mater. Sci.:Mater Electron., 2019, 30, P. 4041–4055.

20. Dan H., Peng S., Huihui Z., Huihui Y., Qi X., Zhongxi Y., Qi W. Flower-like In2O3 hierarchical nanostructures: synthesis, characterization, and gas sensing properties. RSC Adv., 2014, 4, P. 50241–50248.

21. Jiayong G., Xihong L., Jingheng W., Shilei X., Teng Z., Minghao Y., Zishou Z., Yanchao M., Shing Chi Ian W., Yong S., Yexiang T. Oxygen vacancies promoting photoelectrochemical performance of In2O3 nanocubes. Sci. Rep., 2013, 3, P. 1–7.

22. Mingxia J., Yun L., Chenxi L., Hao B., Liting G., Peng C., Xiliang L. Strongly emitting and long-lived silver indium sulphide quantum dots for bioimaging: Insight into co-ligand effect on enhanced photoluminescence. J. Colloid Interface Sci., 2020, 565, P. 35–42.

23. Yuqiang Y., Jihuai W., Xiaobing W., Qiyao G., Xuping L., Weihai S., Yuelin W., Yunfang H., Zhang L., Miaoliang H., Jianming L., Hongwei C., Zhanhua W. Suppressing vacancy defects and grain boundaries via Oswald ripening for high-performance and stable perovskite solar cells. Adv. Mater., 2020, 32, P. 1904347.

24. Dhanabal R., Chithambararaj A., Velmathi S., Chandra Bose A. Visible light droiven degradation of methylene blue dye using Ag3PO4. J. Environ. Chem. Engg., 2015, 3, P. 1872–1881.

25. Rajeswari Yogamalar N., Sadhanandam K., Chandra Bose A., Jayavel R. Quantum confined CdS inclusion in grapheme oxide for improved electrical conductivity and facile charge transfer in hetero-junction solar cell. RSC Adv., 2015, 5, P. 16856–16869.

26. Markus D., Thathit S., Arif H., Ahmad T., Abdulloh F., Risa S. Shockley’s equation fit analyses for solar cell parameters from I-V curves. Int. J. Photoenergy, 2018, 2018, P. 1–7.