Nouvelle approche d'étude systématique du film mince de CdS de synthèse verte via le colorant Salvia

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12521 (2022) Citer cet article

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Dans cette étude, nous visions à accroître les connaissances sur les mécanismes de réponse associés à la formation de films minces de CdS. Les couches minces de CdS restent l'alternative la plus attrayante pour de nombreux chercheurs, car elles constituent un matériau tampon efficace pour les cellules solaires polycristallines à base de films (CdTe, CIGSe, CZTS). La technique de dépôt assisté par Linker et par bain chimique (LA-CBD), qui combine la technique assistée par Linker (LA) et la méthode de dépôt par bain chimique (CBD) pour former un film mince de CdS de haute qualité, a été présentée comme une technique de sensibilisation hybride efficace et nouvelle. . Les films de CdS étaient liés à la chaux sodée à l'aide de forces électrostatiques, ce qui a conduit à la formation de complexes intermédiaires [Cd (NH3)4]2+ qui ont contribué à la collision de ces complexes avec une lame de chaux sodée. Un colorant Salvia et comme molécule de liaison l'acide 3-mercaptopropionique (MPA) ont été utilisés dans la technique de fabrication en une étape. Les résultats optiques ont montré que la bande interdite variait dans la plage de (2,50 à 2,17) eV. Les propriétés morphologiques ont montré une répartition homogène des particules de forme asphérique dans les films colorants CdS + MPA + Salvia. Cette technique a eu un impact significatif sur les caractérisations électriques des films de CdS après le processus de recuit. Les films de colorant CdS + Ag + MPA + Salvia présentaient la concentration maximale en porteur et la résistivité minimale, respectivement de 5,64 × 10 18 cm−3 et 0,83 Ω cm.

Le passage des approches informatiques aux méthodes expérientielles de catalyseurs réels reste un défi. Les nanoparticules métalliques en solution, du fait de leur forte dispersion, semblent s'agglomérer et coaguler spontanément, et doivent donc être stabilisées1. Récemment, de grandes inquiétudes sont apparues quant aux impacts négatifs potentiels des nanomatériaux sur l'éco-environnement en raison de leur utilisation accrue2. Depuis lors, l’influence continue des nanomatériaux sur l’environnement fait actuellement l’objet de recherches et de discussions insuffisantes, notamment sur la manière de valider au mieux cet effet3. Les nanoparticules peuvent être fabriquées de manière écologique et utilisées pour diverses applications antibactériennes et anticancéreuses4. Au cours du processus de préparation des nanoparticules, des composés naturels sont utilisés pour réduire les sels métalliques, et aucun autre agent réducteur ou agent stabilisant n'est appliqué. Les nanoparticules créées présentent d’excellentes caractéristiques biologiques5. Fierascu et al. nanoparticules d'or synthétisées à partir de l'extrait de Salvia officinalis (SO)6. Tandis que (Karel Sehnal 2019) a évalué l'effet de différentes concentrations d'Ag NP sur les plantes germées de maïs en utilisant une approche verte (en utilisant un extrait de sauge) par rapport aux ions Ag(I) (Zea mays)7. Salvia officinalis L. (sauge commune) est un sous-arbuste aromatique vivace à feuilles persistantes, originaire de la région méditerranéenne, de l'Afrique du Sud-Est et de l'Amérique centrale et du Sud, Fig. 1.

Salvia officinale L.8

Bien que la capacité de certaines espèces de sauge à biosynthétiser des composés intéresse les industries alimentaires et pharmaceutiques, pratiquement toutes les recherches dans la littérature à notre connaissance se limitent à quelques articles destinés à être utilisés comme agent de coiffage dans la synthèse de nanoparticules. De plus, aucune information sur sa comparaison de performances n’est fournie dans la littérature. Certains rapports antérieurs ont montré que les films CdS et HgCdTe sont des semi-conducteurs des groupes II-VI et présentent un grand potentiel en photodétection9,10. Plus précisément, les molécules semi-conductrices telles que la couche mince de CdS sont considérées comme une couche tampon prometteuse, qui pourrait être utilisée comme partenaires d'hétérojonction conventionnels de type n dans les dispositifs photovoltaïques à couche mince existants et nouveaux, en raison de leur direct transition de bande interdite (Eg ~ 2,4 eV), transparence, conductivité de type n et transition de bande interdite directe avec une affinité électronique élevée (4,2 eV)11. Bien qu'il soit considéré comme un matériau toxique, la quantité que nous avons utilisée dans la fabrication de cellules solaires comme couche tampon est d'environ 100 nm, ce qui est très infime. En plus de cela, pour améliorer davantage les propriétés des couches minces de CdS, nous avons tiré parti des QD et avons cherché à stabiliser les surfaces des couches minces de nanocristaux de CdS en utilisant des molécules organiques appropriées appelées agents de coiffage. Ceux-ci pourraient être utilisés lors de la synthèse et se lier aux surfaces des particules, diminuant ainsi la croissance des particules et empêchant leur agrégation. Sans oublier l'impact de cette synthèse en termes d'environnement durable. Dans une étude antérieure, Kovalenko et al. ont noté que lorsqu'ils utilisaient des ligands de surface de chalcogénures métalliques moléculaires à proximité des QD, ils pouvaient préserver les propriétés d'absorption optique dépendant de la taille des molécules, tandis que la mobilité électronique était considérablement améliorée12. Yu et coll. ont proposé la technique de dépôt par bain chimique assisté par liaison in situ (LACBD) pour fabriquer les surfaces TiO2 photostables sensibilisées au CdSe/CdS QD en utilisant un modificateur bifonctionnel, c'est-à-dire l'acide thioglycolique (TGA)13. Les QD synthétisés à l’aide de cette technique étaient de plus petite taille et présentaient une distribution de taille étroite par rapport à la technique CBD traditionnelle en raison de la nature stabilisante du TGA. Jusqu’à présent, les thiols étaient considérés comme les meilleurs ligands permettant de contrôler la croissance et la nucléation des nanocristaux semi-conducteurs II – VI14. Parmi les différents ligands à base de thiol, les ligands avec un groupe mercapto et un groupe carboxyle connecté à une chaîne alkyle ont généralement été utilisés. L'acide 3-mercaptopropionique (MPA) est considéré comme une molécule organique, dotée de 2 groupes fonctionnels. La coordination entre l'un ou les deux de ces groupes fonctionnels et les surfaces des nanoparticules présente deux avantages, à savoir (1) la passivation des liaisons pendantes à la surface des nanoparticules ; et (2) la protection des nanoparticules et leur prévention de s'attirer les unes les autres, ce qui inhibe l'agrégation. Le MPA est un ligand populaire car son utilisation conduit à une faible densité d’état intermédiaire, ce qui permet la collecte de porteurs de charge sur de plus longues distances en dehors de leur région d’épuisement15.