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

Ein. Synthese von ZnSe Core-Nanokristalle 8 <ol><li> Platz 7,0 g ODA und ein Magnetrührstab in einen Dreihalskolben. </li><li> 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. </li><li> Degas ODA für 90 min bei 120 ° C, dann unter Ar-Strom mit einem breiten Glas Auspuff setzen. </li><li> Hitze ODA bis 300 ° C und, und injizieren Se Mischung. Lassen Temperatur Rückkehr zu 300 ° C. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol> 2. Wachstum von CdS Rods auf ZnSe Cores 9 <ol><li> 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. </li><li> In einem separaten Kolben verbinden 0,120 g S, und 4,0 ml TOP und fügen einen Magnetrührstab. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Fügen Sie alle der ZnSe aus Schritt 1 mit dem S-Lösung. </li><li> 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. </li><li>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. </li><li> Das Produkt kann eine grüne Gel sein, fügen Chloroform zu verflüssigen und in zwei Fläschchen. </li><li> Niederschlag Nanokristalle in Ethanol, gießen die flüssige Phase und lösen die ausgefallenen Nanokristallen in Chloroform. </li></ol> 3. Wachstum von Pt Tipp auf CdS Rods 10 <ol><li> 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. </li><li> Degas die Mischung für 1 Stunde bei 80 ° C, dann unter Ar-Strom setzen und erhöhen Temperatur bis 200 ° C. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol> 4. Ligandenaustausch mit MUA 11 <ol><li> In einem Fläschchen, Dispersions-Nanostäbchen in 10 ml Chloroform. </li><li> Fügen Sie 0,1 g MUA der Nanostäbchen Lösung und beschallen, bis alle MUA gelöst ist. </li><li> In einem separaten Gefäß löst 0,1 g KOH in 20 ml Triple destilliertem Wasser (TDW). </li><li> Mit ca. 5,0 ml des TDW Lösung des Nanostäbchen-Lösung und kräftig schütteln. </li><li> Zentrifugieren der Mischung aus Schritt 4,4 bei 6000 UpM für 1 Minute, um die wässrigen und organischen Phasen zu trennen. </li><li> Collect den oberen Bereich (wässrigen) Phase und füge Methanol, um eine Lösung, die 3:1 Methanol zu Wasser zu erzielen. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol> 5. Synthese von PbS Cores (aus Lit. 12). <ol><li> 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. </li><li> In einem separaten Kolben, 10 ml ODE und einem magnetischen Rührstab. </li><li> Entgasen beide Kolben für 1 Stunde bei 120 ° C, dann unter Ar-Strom setzen. </li><li> Erhitzen Sie die Pb-Lösung bis 135 ° C. Inzwischen kühlen die Flasche, die nur ODE auf Raumtemperatur. </li><li> Hinzufügen 0,21 ml TMS auf Raumtemperatur ODE, dann Injizieren des Gemisches in die Pb-Lösung bei 135 ° C. </li><li> 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. </li><li> Niederschlag Nanokristalle in destilliertem Aceton, von Gießenf die flüssige Phase und lösen ausgefallenen Kristalle in Toluol. Wiederholen Sie zwei weitere Male. </li></ol> 6. Wachstum von CdS Shell auf PbS Cores 13 <ol><li> Kombinieren 1,0 g CdO, 6 ml OA, und 15 ml ODE und fügen einen Magnetrührstab in einem Dreihalskolben. </li><li> In einem separaten Kolben hinzuzufügen 20-40 mg von PbS Kerne in Toluol und einem magnetischen Rührstab gelöst. </li><li> Erhitzen Sie die CdO-Lösung bis 280 ° C, bis die Lösung klar und farblos ist, dann abkühlen bis 100 ° C. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird die Reaktion, indem Sie den Kolben in ein Eisbad. </li><li> 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. </li></ol> 7. Herstellung von TiO 2 auf FTO / Glas Substrate <ol><li> Handwäsche die FTO beschichtetes Glas mit Reinigungsmittel (Alconox) und mit deionisiertem Wasser abspülen. </li><li> Beschallen das Glas in Methanol, Aceton, dann isoproponal, für jeweils 5 min und trocken mit Ar-Strom. </li><li> Das Glas in ein Bad aus 75 mM TiCl 4 in entionisiertem Wasser und Wärme (in Luft) 30 min bei 70 ° C. </li><li> 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. </li><li> Während das Glas Abkühlen löst man TiO 2 Dyesol Paste in Terpinol im Verhältnis 3:1 nach Gewicht. </li><li> 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. </li><li> Tempern der Folie in Luft bei 450-500 ° C, bis der Film braun, dann klare dreht. </li></ol> 8. Spin Coating PbS / CdS in einem Film <ol><li> Alle Schleuderbeschichten Schritte werden in einer Argon-Glovebox durchgeführt. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Waschen Oberfläche mit octan durch dasselbe Verfahren wie in Schritt 8.4. </li><li> Die Schritte für jeden nachfolgenden 8,2-8,5 Schicht der Folie. </li><li> 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. </li></ol> 9. Tauchbeschichtung PbS / CdS Films <ol><li> Bereiten Sie eine Lösung von 0,43 g Cadmiumacetat in 80 ml Methanol in einen Becher groß genug, um vollständig bedeckt die Probe. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 9,3 bis Poren gefüllt sind (in der Regel 4-8 Mal). </li><li> Annealen Probe bei 150 ° C für 15 min. </li></ol> 10. Behandlung Films mit CTAB 14 <ol><li> 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. </li&gt; <li> Spülen Rutsche mit 10 Tropfen Methanol und Spin bis trocken. </li><li> Wiederholen 10,1 und 10,2 einmal. </li></ol> 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. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig1.jpg" /> 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. <img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig2.jpg" /> 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<html> h) ungefähr das gleiche wie vor der anfänglichen Abbau (0-8 h). <img alt="Abbildung 3" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig3.jpg" /> 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. <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig4.jpg" /> 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 &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/4296/4296fig5.jpg" /> 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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	<li>Kamat, P. V., Flumiani, M., Dawson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+-+Metal+and+Metal-+Semiconductor+Composite+Nanoclusters.">Metal - Metal and Metal- Semiconductor Composite Nanoclusters.</a> Colloids Surf. A. 202, 269-279 (2002).</li><li>Dawson, A., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complexation+of+Gold+Nanoparticles+with+Radiolytically+Generated+Thiocyanate+Radicals+((SCN)2.">Complexation of Gold Nanoparticles with Radiolytically Generated Thiocyanate Radicals ((SCN)2.</a> J. Phys. Chem. B. 105, 960-966 (2001).</li><li>Borensztein, Y., Delannoy, L., Djedidi, A., Barrera, R. G., Louis, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+of+the+Plasmon+Resonance+of+Gold+Nanoparticles+in+Au/TiO2+Catalyst+under+Oxidative+and+Reducing+Atmospheres.">Monitoring of the Plasmon Resonance of Gold Nanoparticles in Au/TiO2 Catalyst under Oxidative and Reducing Atmospheres.</a> J. Phys. Chem. C. 114, 9008 (2010).</li><li>Acharya, K. P., Khnayzer, R. 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Keine Interessenskonflikte erklärt.

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 werd...

<table border="1"><tbody><tr><td> Name des Reagenzes </td><td> Firma </td><td> Katalog-Nummer </td><td> Kommentare (optional) </td></tr><tr><td> Octadecylamin (ODA), 90% </td><td> Fischer </td><td> AC12932-0050 </td><td></td></tr><tr><td> Selen (Se), 200 mesh </td><td> Acros </td><td> AC19807-2500 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphin (TOP), 97% </td><td> Strem </td><td> 15-6655 </td><td> Air Sensitive </td></tr><tr><td> Diethylzink (Et2Zn), 10 Gew.%. </td><td> Aldrich </td><td> 22080 </td><td> Air Sensitive, Light Sensitive </td></tr><tr><td> Methanol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Aldrich </td><td> 179337 </td><td></td></tr><tr><td> Toluol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Aldrich </td><td> 244511 </td><td></td></tr><tr><td> Tri-n-octylphosphine Oxid (TOPO), 99% </td><td> Aldrich </td><td> 223301 </td><td></td></tr><tr><td> n-Octadecylphosphonsäure (ODPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 104224 </td><td></td></tr><tr><td> Hexylphosphonsäure (HPA), 98% </td><td> PCI Synthese </td><td> 4721-24-8 </td><td></td></tr><tr><td> Kadmiumoxid (CdO), 99,99% </td><td> Aldrich </td><td> 202894 </td><td></td></tr><tr><td> Schwefel (S), 99,999% </td><td> Acros </td><td> AC19993-0500 </td><td> Starker Geruch </td></tr><tr><td> 11-Mercaptoundecansäure (MUA), 95% </td><td> Aldrich </td><td> 450561 </td><td></td></tr><tr><td> Kaliumhydroxid (KOH) </td><td> Acros </td><td> AC13406-0010 </td><td></td></tr><tr><td> Chloroform </td><td> VWR </td><td> EM-CX1059-1 </td><td></td></tr><tr><td> Bleioxid (PbO), 99,999% </td><td> Aldrich </td><td>32306-1KG </td><td></td></tr><tr><td> 1-Octadecen (DGL), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O806-25ML </td><td></td></tr><tr><td> Ölsäure (OA), 90% </td><td> Aldrich </td><td> O1008-1G </td><td></td></tr><tr><td> Bis (trimethylsilyl) sulfid (TMS), synthetische Grade </td><td> Aldrich </td><td> 283.134-25G </td><td> Air sensitive, starker Geruch, hochreaktive </td></tr><tr><td> Aceton </td><td> EMD Chemicals </td><td> AX0118-2 </td><td></td></tr><tr><td> Cadmiumacetat </td><td> Acros </td><td> AC31713-5000 </td><td></td></tr><tr><td> Natriumsulfidnonahydrat (Na 2 S • 9H 2 O), 98% </td><td> Alfa Aesar </td><td> CB1100945 </td><td> Lichtempfindlich </td></tr><tr><td> Hexadecyltrimethylammoniumbromid (CTAB), 99% </td><td> Sigma </td><td> H6269-100G </td><td></td></tr><tr><td> Oleylamin, 70% </td><td> Aldrich </td><td> O7805-5G </td><td></td></tr><tr><td> Diphenylether </td><td> Alpha Aesar </td><td> 101-84-8 </td><td></td></tr><tr><td> 1,2-Hexadecandiol </td><td> TCI </td><td> 6920-24-7 </td><td></td></tr><tr><td> Pt (II)-acetylacetonat, 97% </td><td> Aldrich </td><td> 282.782-5G </td><td></td></tr><tr><td> Isopropanol, 99,8%, wasserfrei </td><td> Acros </td><td> AC32696-0025 </td><td></td></tr><tr><td> Titantetrachlorid (TiCl4), 99,9% </td><td> Aldrich </td><td> 697.079-25G </td><td> Extrem luftempfindlich </td></tr><tr><td> Titandioxid, DSL 90T </td><td> Dyesol </td><td> DSL 90T </td><td></td></tr><tr><td> Terpineol </td><td> MP Biomedical </td><td> 98-55-5 </td><td></td></tr><tr><td> 3-Mercaptopropionsäure (MPA), 99% </td><td> Alfa Aesar </td><td> A10435 </td><td> Starker Geruch </td></tr><tr><td> octan, wasserfrei, 99% </td><td> Aldrich </td><td> 412236 </td><td></td></tr></tbody></table>

harvesting solar energy by means of charge-separating nanocrystals and their solids

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.

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Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

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.

Harvesting Solar Energy mittels Charge-Trennung Nanokristalle und ihre Solids

Conjoining different semiconductor materials in a single nano-composite provides synthetic means for the development of novel optoelectronic materials ...

harvesting-solar-energy-means-charge-separating-nanocrystals-their

Research

JoVE Journal

Engineering

14.0K Aufrufe.  Bowling Green State University. 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.

Serie: Harvesting Solar Energy by Means of Charge-Separating Nanocrystals and Their Solids

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

Charakterisierung von Oberflächenmodifikationen mittels Weißlicht-Interferometrie: Anwendungen in der Ion Sputtern, Laserablation, und Tribologie Experimente

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

Herstellung von transparenten leitenden Oxide durch Pulsed Laser Deposition Nano-engineered

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness measurements on an Au(111) surface with atomistic resolution of single plasticity events. A careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. A typical curve displays a clear elastic deformation regime up to the first plasticity event, or pop-in, with a length in the range of one to two Burger's vectors. Later plasticity events exhibit the same magnitude. The work of plasticity is further extracted from the measurements. Finally, the hardness is determined in combination with the indentation curve using non-contact atomic force microscopy images of the remaining indents.

This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events.

Quantitative Härtemessung durch Instrumented AFM-Einzug

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

Einwertiges Kation Dotierung von CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PbI<sub&gt; 3</sub&gt; Für effiziente Perowskit-Solarzellen

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

Hochtemperatur Herstellung von Nanostrukturierte Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) Scaffolds durch<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon-Templating Xerogele

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

Gut abgestimmten vertikal orientierte ZnO Nanorod Arrays und deren Anwendung in invertiert kleine Molekül Solarzellen

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is composed of two materials, a plastic and an elastomer, whose dispersion characteristics (refractive index variation with wavelength) are different. We first designed the lens geometry and then used ray-tracing simulation, based on the Monte Carlo method, to analyze its performance from the point of view of both optical efficiency and the maximum attainable concentration. Afterwards, ADG Fresnel lens prototypes were manufactured using a simple and reliable method. It consists of a prior injection of plastic parts and a consecutive lamination, together with the elastomer and a glass substrate to fabricate the parquet of ADG Fresnel lenses. The accuracy of the manufactured lens profile is examined using an optical microscope while its optical performance is evaluated using a solar simulator for concentrator photovoltaic systems. The simulator is composed of a xenon flash lamp whose emitted light is reflected by a parabolic mirror. The collimated light has a spectral distribution and an angular aperture similar to the real Sun. We were able to assess the optical performance of the ADG Fresnel lenses by taking photographs of the irradiance spot cast by the lens using a charge-coupled device (CCD) camera and measuring the photocurrent generated by several types of multi junction (MJ) solar cells, which have been previously characterized at a solar simulator for concentrator solar cells. These measurements have demonstrated the achromatic behavior of ADG Fresnel lenses and, as a consequence, the suitability of the modelling and manufacturing methods.

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens makes use of two materials with differing dispersion to reduce chromatic aberration and increase attainable concentration. In this paper, a protocol for the complete characterization of the ADG Fresnel lens is presented.

Indoor experimentelle Bewertung der Effizienz und der Bestrahlungsstärke vor Ort von der achromatischen Doublet auf Glas (ADG) Fresnel-Linse für die Konzentration Photovoltaik

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar cells. In this work, we present high performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime and high crystal quality of epitaxial GaP layers. It is shown that by applying phosphorus (P)-diffusion layers into the Si substrate and a SiNx layer, the Si minority-carrier lifetime can be well-maintained during the GaP growth in the molecular beam epitaxy (MBE). By controlling the growth conditions, the high crystal quality of GaP was grown on the P-rich Si surface. The film quality is characterized by atomic force microscopy and high-resolution x-ray diffraction. In addition, MoOx was implemented as a hole-selective contact that led to a significant increase in the short-circuit current density. The achieved high device performance of the GaP/Si heterojunction solar cells establishes a path for further enhancement of the performance of Si-based photovoltaic devices.

Here, we present a protocol to develop high-performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime.

Entwicklung von Hochleistungs-Lücke/Si Heterojunction Solarzellen

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...