Salvia 염료를 통한 녹색 합성 CdS 박막의 새로운 체계적인 연구 접근법

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12521(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 CdS 박막 형성과 관련된 반응 메커니즘에 관한 지식을 늘리는 것을 목표로 했습니다. CdS 박막은 필름 기반 다결정 태양전지(CdTe, CIGSe, CZTS)에서 효과를 발휘할 수 있는 완충 재료였기 때문에 많은 연구자들에게 가장 매력적인 대안으로 남아 있습니다. 고품질 CdS 박막 형성을 위한 LA(Linker Assisted) 기술과 CBD(Chemical Bath Deposition) 방식을 결합한 LA-CBD(Linker Assisted and Chemical Bath Deposition) 기술이 효율적이고 새로운 하이브리드 감작 기술로 제시되었습니다. . CdS 필름은 정전기력의 도움으로 소다석회에 결합되어 중간 착체 [Cd(NH3)4]2+가 형성되어 소다 석회 슬라이드와 이들 착물의 충돌을 돕습니다. 샐비아 염료와 링커 분자로 3-머캅토프로피온산(MPA)이 1단계 제조 기술에 사용되었습니다. 광학 결과는 밴드갭이 (2.50 ~ 2.17) eV 범위에서 다양하다는 것을 보여주었습니다. 형태학적 특성은 CdS + MPA + Salvia 염료 필름에서 비구면 형태의 입자가 균일하게 분포되어 있음을 보여줍니다. 이 기술은 어닐링 공정 후 CdS 필름의 전기적 특성에 큰 영향을 미쳤습니다. CdS + Ag + MPA + Salvia 염료 필름은 각각 5.64 x 10 18 cm-3 및 0.83 Ω cm로 최대 캐리어 농도와 최소 저항률을 나타냈습니다.

계산적 접근 방식에서 실제 촉매의 경험적 방식으로의 전환은 여전히 ​​어려운 과제입니다. 용액 내 금속 나노입자는 높은 분산으로 인해 자발적으로 뭉치고 응고되는 것처럼 보이므로 안정화되어야 합니다1. 최근 나노물질의 사용 증가로 인해 나노물질이 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 우려가 커지고 있습니다2. 그 이후로 나노물질이 환경에 미치는 영향에 대한 최선의 검증 방법을 포함하여 현재 나노물질이 환경에 미치는 영향에 대한 연구와 논의가 충분하지 않습니다3. 나노입자는 친환경적인 방식으로 만들어질 수 있으며 다양한 항균 및 항암 응용 분야에 사용될 수 있습니다4. 나노입자 제조 과정에서 금속염을 줄이기 위해 천연 화합물을 사용하며, 다른 환원제나 안정제를 사용하지 않습니다. 생성된 나노입자는 뛰어난 생물학적 특성을 가지고 있습니다5. Fierascuet al. Salvia officinalis(SO) 추출물로부터 합성된 금나노입자6. 반면(Karel Sehnal 2019)에서는 Ag(I) 이온(Zea mays)7과 비교하여 녹색 접근법(샐비어 추출물 사용)을 사용하여 옥수수 발아 식물에 대한 다양한 농도의 Ag NPs의 효과를 평가했습니다. Salvia officinalis L.(일반 샐비어)은 향기로운 다년생 상록 아관목으로 지중해 지역, 아프리카 남동부, 중남미가 원산지입니다(그림 1).

샐비어 오피시날리스 L.8

화합물을 생합성하는 일부 샐비어 종의 능력은 식품 및 제약 산업에 관심이 있지만, 실제로 우리가 아는 문헌의 모든 조사는 나노입자 합성에서 캡핑제로 활용하기 위한 몇 가지 논문으로 제한됩니다. 또한, 성능 비교에 대한 정보는 문헌에 제공되지 않습니다. 일부 이전 보고서에 따르면 CdS 및 HgCdTe 필름은 모두 II-VI 그룹 반도체이며 광검출9,10에서 큰 잠재력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 보다 구체적으로, CdS 박막과 같은 반도체 분자는 유망한 버퍼층으로 간주되며, 이는 기존 및 새로운 박막 PV 장치에서 기존의 n형 이종접합 파트너로 사용될 수 있습니다. 밴드갭 전이(예: ~ 2.4eV), 투명성, n형 전도성 및 높은 전자 친화력(4.2eV)11을 갖는 직접 밴드갭 전이. 독성물질로 간주하고 있지만, 태양전지 제작에 완충층으로 사용하는 양은 100nm 내외로 매우 작습니다. 또한, CdS 박막의 특성을 더욱 향상시키기 위해 QD의 장점을 활용하여 캡핑제(capping agent)라 불리는 적절한 유기분자를 이용하여 CdS 나노결정 박막의 표면을 안정화시키는 것을 목표로 하였다. 이들은 합성 중에 사용될 수 있으며 입자 표면에 결합하여 입자의 성장을 감소시키고 응집을 방지할 수 있습니다. 이러한 합성이 지속 가능한 환경 측면에서 어떤 영향을 미칠 수 있는지 잊지 마세요. 이전 연구에서 Kovalenko et al. 그들은 QD 근처에 분자 금속 칼코게나이드 표면 리간드를 사용했을 때 분자의 크기에 따른 광 흡수 특성을 보존할 수 있는 동시에 전자 이동도가 크게 향상되었다고 지적했습니다. Yuet al. 는 이중 기능성 개질제, 즉 TGA(Thio글리콜산)를 사용하여 광안정한 CdSe/CdS QD 감응 TiO2 표면을 제조하기 위한 현장 링커 보조 화학욕 증착(LACBD) 기술을 제안했습니다. 이 기술을 사용하여 합성된 QD는 TGA의 안정화 특성으로 인해 기존 CBD 기술에 비해 크기가 더 작고 좁은 크기 분포를 나타냈습니다. 지금까지 티올은 II-VI 반도체 나노결정의 성장과 핵생성을 제어하는 ​​데 도움이 되는 최고의 리간드로 간주되었습니다14. 다양한 티올계 리간드 중 메르캅토기와 하나의 카르복실기가 알킬 사슬로 연결된 리간드가 일반적으로 사용된다. 3-머캅토프로피온산(MPA)은 2개의 작용기를 가진 유기 분자로 보입니다. 이들 작용기 중 하나 또는 둘 모두와 나노입자 표면 사이의 배위는 두 가지 장점을 보여줍니다. 즉, (1) 나노입자 표면에 대한 댕글링 결합의 패시베이션; (2) 나노입자를 보호하고 서로 끌어당기는 것을 방지하여 응집을 억제합니다. MPA는 그 사용으로 인해 중간 갭 상태의 밀도가 낮아져 고갈 영역 외부에서 더 먼 거리에 걸쳐 전하 캐리어를 수집할 수 있기 때문에 널리 사용되는 리간드입니다.