Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

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Summary

Eine allgemeine Strategie für die Entwicklung der Ladungstrennung Halbleiternanokristall Verbundwerkstoffen einsetzbar für Solarenergie vorgestellt. Wir zeigen, dass die Montage von Donor-Akzeptor Nanokristall Domains in einem einzigen Nanopartikel Geometrie führt zu einer photokatalytischen Funktion, während Bulk-Heteroübergängen von Donor-Akzeptor Nanokristall Filme für photovoltaischen Energieumwandlung genutzt werden kann.

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Diederich, G., O'Connor, T., Moroz, P., Kinder, E., Kohn, E., Perera, D., Lorek, R., Lambright, S., Imboden, M., Zamkov, M. Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids. J. Vis. Exp. (66), e4296, doi:10.3791/4296 (2012).

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Abstract

Conjoining unterschiedlichen Halbleitermaterialien in einem Nano-Komposit stellt synthetische Mittel für die Entwicklung von neuartigen optoelektronischen Materialien bieten eine bessere Steuerung der räumlichen Verteilung der Ladungsträger über Materials Schnittstellen. Wie diese Studie zeigt, kann eine Kombination von Donor-Akzeptor-Nanokristall (NC)-Domänen in einem einzigen Nanopartikel zur Realisierung effizienter photokatalytischen 1-5 Materialien führen, während eine geschichtete Anordnung von Donor-und Akzeptor-like-Nanokristalle Filmen führt zu Photovoltaik Materialien.

Zunächst das Papier konzentriert sich auf die Synthese von zusammengesetzten anorganischen Nanokristallen, bestehend aus linear gestapelt ZnSe, CdS und Pt-Domänen, die gemeinsam zu fördern photoinduzierten Ladungstrennung. Diese Strukturen werden in wässrigen Lösungen für die Photokatalyse von Wasser unter Sonneneinstrahlung verwendet, was in der Produktion von H 2-Gas. Um die Trennung zu verbessern photoinduziertenLadungen, wird ein Nanostäbchen-Morphologie mit einem linearen Gradienten mit Ursprung aus einem intrinsischen elektrischen Feldes 5 verwendet. Die Inter-Domain Energetik werden dann optimiert werden, um Elektronen in Richtung der photoerzeugten Pt katalytische Stelle anzutreiben, während Austreiben der Löcher zur Oberfläche des ZnSe-Domänen für die Regeneration Opferschicht (via Methanol). Hier zeigen wir, dass die einzige effiziente Möglichkeit, um Wasserstoff zu produzieren, um Elektronen-Donorliganden verwenden, um die Oberfläche Zustände durch Abstimmen der Energie Ausrichtung an der Halbleiter-Ligand-Schnittstelle passivieren ist. Stabile und effiziente Reduktion von Wasser wird durch diese Liganden aufgrund der Tatsache, dass sie Stellen besetzen im Valenzband des Halbleiters Domäne verhindert energetische Löcher von abbauenden es erlaubt. Insbesondere zeigen wir, dass die Energie des Lochs an den Ligandenteil übertragen wird, so dass der Halbleiter-Domäne funktionell. Dies ermöglicht es uns, den gesamten Nanokristall-Ligand-System zu einem funktionsfähigen Zustand zurückkehren, wenn die Liganden abgebaut werden, Einfach durch Zugabe von frischem Liganden an das System 4.

Um eine Photovoltaik Ladungstrennung zu fördern, verwenden wir einen zusammengesetzten Zwei-Schicht-Feststoff PbS und TiO 2-Filmen. In dieser Konfiguration sind photoinduzierten Elektronen in TiO 2 injiziert werden und anschließend durch eine FTO-Elektrode aufgenommen, während die Löcher mit einem Au-Elektrode über PbS Schicht 6 geleitet werden. Um letzteres zu entwickeln führen wir eine Semiconductor Matrix Encapsulated Nanokristall Arrays (SMENA) Strategie, die Bindung PbS NCs können in die umgebende Matrix von CdS-Halbleiter. Als Ergebnis weisen hergestellt Feststoffe ausgezeichnete thermische Stabilität, zurückzuführen auf die heteroepitaxialen Struktur Nanokristall-Matrix-Grenzflächen und zeigen überzeugend lichtsammelnden Leistung in Prototyp Solarzellen 7.

Protocol

Ein. Synthese von ZnSe Core-Nanokristalle 8

  1. Platz 7,0 g ODA und ein Magnetrührstab in einen Dreihalskolben.
  2. In einem separaten Kolben verbinden 0,063 g Se und 2,4 ml TOP und fügen einen Magnetrührstab. Das Gemisch aus TOP und Selen sollte unter Vakuum 30 min entgast werden.
  3. Degas ODA für 90 min bei 120 ° C, dann unter Ar-Strom mit einem breiten Glas Auspuff setzen.
  4. Hitze ODA bis 300 ° C und, und injizieren Se Mischung. Lassen Temperatur Rückkehr zu 300 ° C.
  5. Injizieren 1,0 ml Et 2 Zn (10% Gew. In Hexan) zu dem Reaktionskolben und lassen bei 265 ° C reagieren etwa 3 min, oder bis die Exziton Absorptionsspitze verschiebt auf eine gewünschte Wellenlänge (λ = 350-400 nm), auf denen zu entfernen den Kolben aus dem Heizmantel.
  6. Sobald die Temperatur des Reaktionskolbens sinkt auf ~ 60 ° C, 12 ml Methanol und Spaltung zwischen zwei 15-ml-Zentrifugenröhrchen, Nachfüllen mit Methanol. Zentrifuge für 5 min und abgießendie flüssige Phase. Abgeblasen, und der ausgefallene Nanokristalle in Toluol und wiederholen.

2. Wachstum von CdS Rods auf ZnSe Cores 9

  1. Kombinieren 3,0 g TOPO, 0,280 g ODPA, 0,080 g HPA und 0,090 g CdO und fügen einen Magnetrührstab in einem Dreihalskolben.
  2. In einem separaten Kolben verbinden 0,120 g S, und 4,0 ml TOP und fügen einen Magnetrührstab.
  3. Degas CdO Lösung für 45 min bei 150 ° C und TOP 45 min bei 120 ° C, dann unter Ar Strömung mit großen Glasflächen Abgase setzen.
  4. Erhitzen Sie die CdO-Lösung bis 380 ° C, bis CdO wird aufgelöst und die Lösung ist klar und farblos. Unterdessen erhitzen S-Lösung auf 120 ° C, bis S wird gelöst und der Ansatz ist klar und farblos.
  5. Fügen Sie alle der ZnSe aus Schritt 1 mit dem S-Lösung.
  6. 2,0 ml TOP der Cd Lösung und lassen die Temperatur Rückkehr zu 380 ° C. Sobald 380 ° C erreicht ist, sofort injizieren die S Lösung in den Cd-Lösung.
  7. Lassen Sie die Nanostäbchen für 6-9 min, einschließlich der Temperatur Recovery-Zeit zu wachsen, und entfernen Sie den Kolben aus dem Heizmantel. Je länger die Lösung auf dem Hitze belassen wird, desto länger wird die Stäbe sein.
  8. Das Produkt kann eine grüne Gel sein, fügen Chloroform zu verflüssigen und in zwei Fläschchen.
  9. Niederschlag Nanokristalle in Ethanol, gießen die flüssige Phase und lösen die ausgefallenen Nanokristallen in Chloroform.

3. Wachstum von Pt Tipp auf CdS Rods 10

  1. Kombinieren 0,2 ml OA, 0,2 ml Oleylamin, 10 ml Diphenylether und 43 mg 1,2-Hexadecandiol und fügen einen magnetischen Rührstab im Kolben.
  2. Degas die Mischung für 1 Stunde bei 80 ° C, dann unter Ar-Strom setzen und erhöhen Temperatur bis 200 ° C.
  3. Dann eine Mischung aus CdS Stäbe in Chloroform und 20 mg Pt (II)-acetylacetonat. Nach 5-7 min des Reaktionsgemisches bei 190 ° C wird die Lösung schwarz. Entfernen Sie den Kolben von der Hitze.
  4. Niederschlag Nanokristalle in einer 10.03 Gemisch aus Methanol mit einer Zentrifuge Chloroform und giesst die flüssige Phase. Abgeblasen, und der ausgefallenen Kristalle in Chloroform und wiederholen.

4. Ligandenaustausch mit MUA 11

  1. In einem Fläschchen, Dispersions-Nanostäbchen in 10 ml Chloroform.
  2. Fügen Sie 0,1 g MUA der Nanostäbchen Lösung und beschallen, bis alle MUA gelöst ist.
  3. In einem separaten Gefäß löst 0,1 g KOH in 20 ml Triple destilliertem Wasser (TDW).
  4. Mit ca. 5,0 ml des TDW Lösung des Nanostäbchen-Lösung und kräftig schütteln.
  5. Zentrifugieren der Mischung aus Schritt 4,4 bei 6000 UpM für 1 Minute, um die wässrigen und organischen Phasen zu trennen.
  6. Collect den oberen Bereich (wässrigen) Phase und füge Methanol, um eine Lösung, die 3:1 Methanol zu Wasser zu erzielen.
  7. Zentrifugieren der Mischung aus Schritt 4.6 bei 6000 rpm für 2 min auszufallen Nanokristallen. Giesst die flüssige Phase und die ausgefallenen Kristalle redispergieren im Ultraschallbad in TDW.
  8. Wenn der Organic Phase in Schritt 4,5 noch immer einige der Farbe des ursprünglichen Nanokristall-Lösung, wiederholen Sie die Schritte 4,4 bis 4,7.

5. Synthese von PbS Cores (aus Lit. 12).

  1. Kombinieren 0,49 g PbO, 18 ml ODE, und 1-16 ml OA (Je nach gewünschter Größe, mehr OA Ausbeuten größere Partikel) und fügen ein Magnetrührstab in einem Dreihalskolben.
  2. In einem separaten Kolben, 10 ml ODE und einem magnetischen Rührstab.
  3. Entgasen beide Kolben für 1 Stunde bei 120 ° C, dann unter Ar-Strom setzen.
  4. Erhitzen Sie die Pb-Lösung bis 135 ° C. Inzwischen kühlen die Flasche, die nur ODE auf Raumtemperatur.
  5. Hinzufügen 0,21 ml TMS auf Raumtemperatur ODE, dann Injizieren des Gemisches in die Pb-Lösung bei 135 ° C.
  6. Das Gemisch wird bei 135 ° C für 1-5 min (je nach gewünschter Größe, mehr Heizung liefert größere Partikel), Ort und in ein Eisbad, um die Reaktion zu stoppen.
  7. Niederschlag Nanokristalle in destilliertem Aceton, von Gießenf die flüssige Phase und lösen ausgefallenen Kristalle in Toluol. Wiederholen Sie zwei weitere Male.

6. Wachstum von CdS Shell auf PbS Cores 13

  1. Kombinieren 1,0 g CdO, 6 ml OA, und 15 ml ODE und fügen einen Magnetrührstab in einem Dreihalskolben.
  2. In einem separaten Kolben hinzuzufügen 20-40 mg von PbS Kerne in Toluol und einem magnetischen Rührstab gelöst.
  3. Erhitzen Sie die CdO-Lösung bis 280 ° C, bis die Lösung klar und farblos ist, dann abkühlen bis 100 ° C.
  4. Erhitzen des PbS-Lösung auf 110 ° C für nicht mehr als 5 min zum Sieden überschüssige, aber nicht alle Lösungsmittel, dann spritzen die Cd-Lösung.
  5. Langsam erwärmen das Reaktionsgemisch auf 120-160 ° C (je nach gewünschter Schalendicke). Für dünnere Schalen (1-2 Monoschichten) wird die Reaktion unmittelbar nach dem Einspritzen des Cd-Lösung.
  6. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird die Reaktion, indem Sie den Kolben in ein Eisbad.
  7. Niederschlag Kristalle in Ethanol, pour aus der flüssigen Phase und lösen die ausgefallenen Kristalle in Toluol. Zweimal wiederholen. Am letzten Reinigungszyklus wieder aufzulösen und speichern die Kristalle in wasserfreiem Oktan.

7. Herstellung von TiO 2 auf FTO / Glas Substrate

  1. Handwäsche die FTO beschichtetes Glas mit Reinigungsmittel (Alconox) und mit deionisiertem Wasser abspülen.
  2. Beschallen das Glas in Methanol, Aceton, dann isoproponal, für jeweils 5 min und trocken mit Ar-Strom.
  3. Das Glas in ein Bad aus 75 mM TiCl 4 in entionisiertem Wasser und Wärme (in Luft) 30 min bei 70 ° C.
  4. Spülen Sie das Glas mit deionisiertem Wasser abspülen und mit Ar, dann Hitze (in Luft) bei 450 ° C für 1 Stunde und ließ auf Raumtemperatur abkühlen.
  5. Während das Glas Abkühlen löst man TiO 2 Dyesol Paste in Terpinol im Verhältnis 3:1 nach Gewicht.
  6. Platz 3 Tropfen des TiO 2-Gemisch in die Mitte der FTO Seite eines trockenen Glasobjektträger, die mit TiCl 4 behandelt wurde eind Spin 6 Sek. lang bei 700 rpm und 1 min bei 2000 Umdrehungen pro Minute.
  7. Tempern der Folie in Luft bei 450-500 ° C, bis der Film braun, dann klare dreht.

8. Spin Coating PbS / CdS in einem Film

  1. Alle Schleuderbeschichten Schritte werden in einer Argon-Glovebox durchgeführt.
  2. Platz 4-5 Tropfen PbS / CdS in Octan (10 mg / ml) auf einen noch Schieber aus Schritt 7 und verteilt, bis die Mitte beginnt zu trocknen zu lassen, dann für 5 sec bei 600 UpM drehen dann 15 sec. bei 2500 Umdrehungen pro Minute.
  3. Gib 10 Tropfen einer 1.03 MPA: Methanol-Lösung auf der Folie, die die Oberfläche vollständig und Spin 5 s bei 600 min, dann 15 sec. bei 2500 Umdrehungen pro Minute.
  4. Waschen mit Methanol Oberfläche durch Anordnen 10 Tropfen auf der Folie und Spinnerei 5 s bei 600 min, dann 15 sec. bei 2500 Umdrehungen pro Minute.
  5. Waschen Oberfläche mit octan durch dasselbe Verfahren wie in Schritt 8.4.
  6. Die Schritte für jeden nachfolgenden 8,2-8,5 Schicht der Folie.
  7. Tempern des Films nach jedem dritten Schicht bei 150 ° C für 15 min. Der final Film sollte eine Absorption in der Nähe von 1,5 haben bei der Wellenlänge des Peaks des NC.

9. Tauchbeschichtung PbS / CdS Films

  1. Bereiten Sie eine Lösung von 0,43 g Cadmiumacetat in 80 ml Methanol in einen Becher groß genug, um vollständig bedeckt die Probe.
  2. Vorbereiten einer Lösung aus Natriumsulfid Nonahydrat (Na 2 S • 9H 2 O) in 80 ml ​​Methanol in einem Becherglas groß sein, daß die Probe eintauchen.
  3. Tauchen Sie die Probe für 1 min in der Cadmium Bad, und spülen mit Methanol. Dann tauchen Sie für 1 min in der Sulfer Bad, und spülen mit Methanol.
  4. Wiederholen Sie Schritt 9,3 bis Poren gefüllt sind (in der Regel 4-8 Mal).
  5. Annealen Probe bei 150 ° C für 15 min.

10. Behandlung Films mit CTAB 14

  1. Statt 0,25 ml CTAB, in Methanol gelöst, bei einer Konzentration von 10 mg / ml, auf Film aus Schritt 9 und lassen Sie sich für 1 min, dann drehen bei 2500 UpM bei 30 sek. Spülen Rutsche mit 10 Tropfen Methanol und Spin bis trocken.
  2. Wiederholen 10,1 und 10,2 einmal.

11. Repräsentative Ergebnisse

Die Entwicklung der Absorptions-und Emissionsspektren entsprechend / CdS / Pt NCs während jeder Stufe der Synthese ZnSe ist in 1 verfolgt. Man erkennt, daß 1b Absorptionsspitzen drückt bei ~ 350 nm und ungefähr 450, die charakteristisch für ZnSe und CdS sind, und, vor allem, zeigt nun den Beginn einer Spitze bei ~ FL 550 nm sein. Dieses Merkmal FL ist ein Ergebnis der emissiven excitonische Zerfalls über die ZnSe / CdS-Schnittstelle. Dieser Typ II Zwischendomänen FL wird dann durch das Wachstum des Pt Spitze (1c), aufgrund der schnellen Injektion der delokalisierten Elektronen in die Metalleinheit gequencht. Diese ultra-schnelle Ladungstrennung ermöglicht die Nutzung des Elektrons für die photokatalytische Reduktion von Wasser. Hydrophile MUA Liganden werden dann hinzugefügt, um th zu erleichterne Entfernung des Loches von der ZnSe-Domäne, Erhöhung der Stabilität durch die Hemmung der Oxidation des Halbleiter-Kern, so dass für die nachhaltige Senkung der solaren H 2 (Abb. 2). Als Ergebnis der Bohrung Abfangen werden die organischen Liganden anfällig für Photoabbau, dies kann jedoch einfach durch die Zugabe von frischem Liganden gemildert werden, wie in 2 gesehen. Somit ist die Einführung von hydrophilen Liganden nicht nur machen die NCs wasserlöslich, aber auch einstellen, die Energetik des Systems auf die Nanostruktur auf Kosten des kostengünstigen, einfach zu schützen organischen Tensiden ersetzen.

Für PbS / CdS Nanokristall Feststoffe, 3a und 3b zeigt eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses und das letzte Gerät. 3c, eine TEM-Aufnahme der Kern / Schale-Nanokristalle, zeigt, dass die CdS Infiltrate gleichmäßig um den PbS Kern. Der Feststoff wird Nanokristall gezeigt, relativ frei von Poren inFigur 3d eine REM-Aufnahme des Querschnitts eines Gerätes. Ein Ergebnis der Schale Wachstum, die zu beobachten ist, ist ein Blauverschiebung sowohl in der Absorption und Emissionspeaks. Diese Verschiebung wird auf den Kern schrumpft PbS als die Cd-Ionen weiter in den Kern einzudringen zurückgeführt und kann in 4 gesehen werden. Ein starker Anstieg der Emission kann auch in 4 zu sehen ist, aufgrund der verbesserten Quantenbegrenzungseffekt vom CdS Schale vorgesehen. Die CdS-Schicht erhöht nicht nur die Emission, sondern schützt den Kern, Erhöhung der thermischen Stabilität der Feststoff, bis zu etwa 200 ° C, nahezu 50 ° C höher als eine feste PbS Nanokristall allein. Solarzellen aufgebaut mit diesen Nanokristall feste Architektur haben nicht nur eine bessere thermische Stabilität gezeigt, haben aber auch gezeigt, dass höhere Leerlaufspannungen (so hoch wie 0,7 V) als die zugehörigen organisch gebundenem Folien haben. Diese Filme haben auch eine viel höhere Toleranz gegenüber Sauerstoffatmosphären gezeigt, dauerhaft für siele Tage in normalen atmosphärischen Bedingungen ohne Abbau.

Abbildung 1
Abbildung 1. Optische Eigenschaften hergestellt heteronanocrystals. (A). Die Absorption von ZnSe NCs, die einen exzitonischen Funktion bei λ = 390 nm. Bandage Emission wurde nicht für diesen Proben beobachtet. (B). Emission und Absorption von ZnSe / CdS Nanostäbchen aus ZnSe Kern NCs gewachsen. (C). Absorption von ZnSe / CdS Nanostäbchen nach Pt Abscheidung.

Abbildung 2
Abbildung 2. Entwicklung der Wasserstoff-Produktion auf MUA gekappt ZnSe / CdS / Pt heteronanocrystals. Die Wasserstoffproduktion bei Zugabe von neuen Liganden an das ZnSe / CdS / Pt-Nanopartikeln wiederaufgenommen. Die H2 Produktionsrate (die Steigung der neuen experimentellen Kurve) nach der Zugabe von frischem Liganden (8-12 h) ungefähr das gleiche wie vor der anfänglichen Abbau (0-8 h).

Abbildung 3
Abbildung 3. Schematische Darstellung der (a) die Schritte bei der Herstellung von Nanokristall Feststoffe beteiligt und (b) die endgültige Fotovoltaikvorrichtung. Unten sind SEM-Bilder von (c) PbS / CdS-Kern / Schale-Nanokristalle und (d) eine Seitenansicht des Nanokristalls Feststoff.

Abbildung 4
Abbildung 4. Änderungen in der Absorption (unten) und Emission (oben PbS NCs aus der Abscheidung von ca. 1 Monolage des CdS Hülle. Das Schrumpfen des PbS Kern aus dem Kationenaustausch als ≈ 150 nm Verschiebung sowohl wider Spektren. Die PbS Fluoreszenzintensität aufgrund der Bildung von Typ 1 Heterostruktur verbessert.

ve_content "fo: keep-together.within-page =" always "> Abbildung 5
Abbildung 5. Schematische Darstellung der Energie Ausrichtung in (a) ZnSe / CdS / Pt-Kern / rod / tip Strukturen und (b) ZnTe / CdS / Pt-Kern / rod / tip Strukturen. Die Wahl geeigneter Materialien ist von größter Bedeutung in diesen Geräten, wie Löcher von ZnTe seeded Strukturen in einer Energie, die das Reisen mit dem Liganden ungünstige macht sitzen.

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Discussion

Diese Studie zeigt, wie zusammengesetzten Architekturen von anorganischen Nanokristalle verwendet werden, um eine räumliche Trennung von photoinduzierten Ladungen zu erzielen. Insbesondere erlauben diese Verbundstoffe Feinabstimmung der Verteilung der Ladungen über den zwei Domänen, die dann für sowohl fotokatalytische oder photovoltaischen Funktion auszuführen sind. Zum Beispiel kann eine effiziente Photokatalysatoren gemacht, wenn Donor und Akzeptor Nanokristall Domänen in einer einzigen Nanopartikel gebaut werden. Die Energetik eines solchen Systems ist in Abbildung 5 dargestellt. Inzwischen stapeln von Donor-und Akzeptor-Nanokristall Filme können auf Photovoltaik-Materialien führen.

Als ein Beispiel der Ladung trennen Nanokristallen gekippt ZnSe / CdS / Pt dot-in-a-Metall Stange Hetero-Nanostrukturen zur effizienten Spaltung von H 2 O wurden entworfen Durch Herstellen einer Struktur mit einer inneren linearen Potentialgradienten ermöglichen wir die räumliche Trennung von Ladungen derart, daßElektronen und Löcher werden in den lokalisierten Bereichen von Pt und ZnSe sind. Die Energie des angeregten Elektronen können dann für die Foto-induzierte Reduktion von Protonen in Wasser eingesetzt werden, während das Loch in das Tensidmolekül eingespritzt wird, die Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Nanokristall. In dieser Konfiguration stellt die Degradation Ligand eine Beschränkung der Systemleistung. Daher müssen neue Liganden immer verfügbar sein für die H 2-Produktion um nachhaltige, wo überschüssige Liganden in der wässrigen Medium automatisch ersetzen beschädigte Liganden werden. Wir erwarten, dass die Verwendung von wieder aufladbaren, Elektronendonor-Liganden können erheblich verbessern die Umsatzzahlen von photokatalytischen Verbundwerkstoffe Verwendung Ladungstrennung Halbleiter-Hetero-Schnittstellen. Die Vorrichtung kann durch Züchten einer potentiell dünner CdS Hülle über dem ZnSe Kern, Minimierung der Barriere für die Löcher von der ZnSe-Domäne ausgeworfen verbessert werden, oder durch Auswahl eines oberflächenaktiven Mittels mit einem leicht hohener HOMO-Niveau, wodurch das Ausstoßen von Löchern aus ZnSe energetisch günstiger.

Der Nanokristall feste Verfahren ermöglicht die Montage von Nanokristallen in ein all-anorganische anorganischen Film. Diese Methodik ist für die wesentlichen Einschränkungen des Liganden verknüpft Nanokristall Filmen, nämlich schlechte thermische und chemische Stabilität des Liganden-Nanokristall System zu überwinden. Dies wird durch Einschließen des Nanokristalls Array in einer Matrix aus einem breiten Bandabstand getan. Hergestellt Filme zeigen eine gute thermische Stabilität, die zum heteroepitaxialen Struktur Nanokristall-Schnittstellen Matrix zugeschrieben wird. Hier beschäftigen wir eine Matrix, um eine CdS PbS Nanokristall Array, so daß der Quanten-Confinement-Nanokristallen an eingebauten erhalten bleibt verkapseln. Die Inter-Nanokristall Abstand kann über die Dicke des Halbleiters mit großem Bandabstand Schale gesteuert werden kann, die sich auf die Leitfähigkeit des Films. Dies ermöglicht eine sehr unterschiedliche Geräte aus dem gemacht werdengleiche Art von Nanokristall-Struktur. Filme mit kleineren inter-Nanokristall Abstand zeigen überzeugende Licht-Ernte Leistung in Prototypen Solarzellen mit Wirkungsgraden so hoch wie 2,3% zu verzeichnen. Theoretisch kann ein Film mit einer größeren Nanokristall Trennung könnte für Geräte wie beispielsweise ein Infrarot-Sender, und andere fluoreszierende Feststoffe verwendet werden. Es wird erwartet, dass die Matrix-Verkapselung Ansatz auf andere Typ I Halbleiter / Matrix-Kombinationen, die "bottom-up" Entwicklung von all-anorganischen Nanokristallen Filme, die mehrere einstellbare Ladungsträgerbeweglichkeit, Quanten-Confinement der eingebauten Gebühren und überzeugende Luft helfen könnte verlängert werden -Stabilität.

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Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgments

Wir danken Herrn Dr. Felix Castellano (BGSU) und NR Neal für Beratung und wertvolle Diskussionen zu bestätigen. Wir danken OBOR "Material Networks"-Programm und Bowling Green State University für die finanzielle Unterstützung. 1112227 - Diese Arbeit wurde teilweise durch die NSF-Award CHE unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
octadecylamine (ODA), 90% Fisher AC12932-0050
selenium (Se), 200 mesh Acros AC19807-2500
tri-n-octylphosphine (TOP), 97% Strem 15-6655 Air Sensitive
diethyl zinc (Et2Zn), 10% by wt. Aldrich 22080 Air Sensitive, Light Sensitive
methanol, 99.8%, anhydrous Aldrich 179337
toluene, 99.8%, anhydrous Aldrich 244511
tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), 99% Aldrich 223301
n-octadecylphosphonic acid (ODPA), 98% PCI Synthesis 104224
hexylphosphonic acid (HPA), 98% PCI Synthesis 4721-24-8
cadmium oxide (CdO), 99.99% Aldrich 202894
sulfur (S), 99.999% Acros AC19993-0500 Strong odor
11-mercaptoundecanoic acid (MUA), 95% Aldrich 450561
potassium hydroxide (KOH) Acros AC13406-0010
chloroform VWR EM-CX1059-1
lead oxide (PbO), 99.999% Aldrich 32306-1KG
1-octadecene (ODE), 90% Aldrich O806-25ML
oleic acid (OA), 90% Aldrich O1008-1G
bis(trimethylsilyl) sulfide (TMS), synthetic grade Aldrich 283134-25G Air sensitive, strong odor, highly reactive
acetone EMD Chemicals AX0118-2
cadmium acetate Acros AC31713-5000
sodium sulfide nonahydrate (Na2S∙9H2O), 98% Alfa Aesar CB1100945 Light sensitive
hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB), 99% Sigma H6269-100G
oleylamine, 70% Aldrich O7805-5G
diphenyl ether Alpha Aesar 101-84-8
1,2-hexadecanediol TCI 6920-24-7
Pt (II) acetylacetonate, 97% Aldrich 282782-5G
isopropanol, 99.8%, anhydrous Acros AC32696-0025
titanium tetrachloride (TiCl4), 99.9% Aldrich 697079-25G Extremely air sensitive
titanium dioxide, DSL 90T DyeSol DSL 90T
terpineol MP Biomedical 98-55-5
3-mercaptopropionic acid (MPA), 99% Alfa Aesar A10435 Strong odor
octane, anhydrous, 99% Aldrich 412236

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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