Σύνθεση, μελέτη και χαρακτηρισμός υβριδικών (ανόργανων – οργανικών) ημιαγώγιμων υμενίων με βάση τριμερή συστήματα της μορφής ZnxCdx-1Se

Λύρος, Τριαντάφυλλος; Lyros, Triantafyllos

dc.contributor.author	Λύρος, Τριαντάφυλλος	el
dc.contributor.author	Lyros, Triantafyllos	en
dc.date.accessioned	2017-07-18T11:04:07Z
dc.date.available	2017-07-18T11:04:07Z
dc.date.issued	2017-07-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45260
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14326
dc.rights	Default License
dc.subject	Απόθεση	el
dc.subject	Υβριδικοί ημιαγωγοί	el
dc.subject	Ηλεκτρόλυση	el
dc.subject	Ημιαγωγοί	el
dc.subject	Φωτοηλεκτροχημική απόδοση	el
dc.title	Σύνθεση, μελέτη και χαρακτηρισμός υβριδικών (ανόργανων – οργανικών) ημιαγώγιμων υμενίων με βάση τριμερή συστήματα της μορφής ZnxCdx-1Se	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτροχημικές διεργασίες	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/09689268e81fe6788066eec813dc02312c290e74
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-21
heal.abstract	Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Οργανικής Χημείας της σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και σκοπό είχε την ηλεκτρολυτική παρασκευή και τον χαρακτηρισμό υβριδικών ημιαγωγών με βάση τριμερή συστήματα καδμίου-ψευδαργύρου-σεληνίου, ZnxCdx-1Se, επί υποστρωμάτων τιτανίου. Έμφαση δόθηκε τόσο στον προσδιορισμό του ενεργειακού διακένου των αποθεμάτων, όσον και στην ηλεκτροχημική τους ανταπόκριση στην ηλιακή ακτινοβολία. Ανόργανα δείγματα ZnxCdx-1Se (δείγματα αναφοράς) διαφορετικής ατομικής σύστασης (x) παρελήφθησαν από ηλεκτρολυτικό λουτρό που περιείχε μεγάλη περίσσεια ZnSO4 (0.2 Μ) και διαφορετικές ισομοριακές συγκεντρώσεις CdSO4 και H2SeO3 (0,1 mM, 0,25 mM και 0,5 mM), σε συνθήκες θερμοκρασίας 85oC, pH=2,2 και V= -1,1 V. Ο σχηματισμός των υβριδικών συστημάτων πραγματοποιήθηκε με βάση δύο τεχνικές, την ηλεκτροχημική συναπόθεση και την εναπόθεση πολλαπλών στρωμάτων, οι οποίες μελετήθηκαν ανεξάρτητα, αλλά και συνδυαστικά. Κατά την ηλεκτροχημική συναπόθεση στο ηλεκτρολυτικό λουτρό προστέθηκε κατάλληλο οξαλικό άλας (Na2C2O4) σε συγκέντρωση 2 mM. Προς σχηματισμό συστημάτων πολλαπλών στρωμάτων ανόργανα δείγματα CdSe, παρασκευασμένα ηλεκτρολυτικά από λουτρό CdSO4 και H2SeO3 συγκέντρωσης 0,2 Μ και 2 mM, αντίστοιχα, σε θερμοκρασία 85 °C, pH 2,2 και V= -1,0 V, επικαλύφθηκαν, μέσω spin coating, με λεπτό στρώμα φερροκενίου (Fc) και στη συνέχεια ακολούθησε δεύτερη ηλεκτρολυτική απόθεση λεπτού υμενίου ZnxCdx-1Se στις προαναφερθέντες συνθήκες. Συνολικά παρασκευάστηκαν τέσσερις σειρές δειγμάτων της μορφής: 1) ZnxCdx-1Se, 2) ZnxCdx-1Se/oxalate, 3) CdSe-Fc- ZnxCdx-1Se (τύπου “sandwich”), 4) CdSe/oxalate-Fc- ZnxCdx-1Se/oxalate (τύπου “sandwich”), η κάθε μία αποτελούμενη από τρία δείγματα, τα οποία αντιστοιχούν στις τρεις διαφορετικές ισομοριακές συγκεντρώσεις CdSO4 και H2SeO3 στο ηλεκτρολυτικό λουτρό (0,1 mM, 0,25 mM και 0,5 mM). Ο χαρακτηρισμός των παρασκευασθέντων ημιαγωγικών συστημάτων πραγματοποιήθηκε ως προς την κρυσταλλική τους δομή μέσω περίθλασης ακτινών X (XRD) και ως προς την μορφολογία επιφάνειας και την σύσταση με τη βοήθεια ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM/EDAX). Ο προσδιορισμός του ενεργειακού διακένου έγινε μέσω φάσματος ανάκλασης με χρήση φασματοφωτόμετρου UV-VIS-NIR, ενώ η φωτοηλεκτροχημική τους συμπεριφορά μελετήθηκε σε ηλεκτροχημικό κελί (PEC). Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τον επιτυχή σχηματισμό τριμερών ημιαγωγικών συστημάτων της μορφής ZnxCdx-1Se, τα οποία είναι φιλικότερα προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον σε σύγκριση με τον κλασικό ημιαγωγό CdSe, αφού έχει πραγματοποιηθεί, έστω μερική, υποκατάσταση του άκρως τοξικού Cd με Zn. Η συμπεριφορά και το εύρος του ενεργειακού διακένου των αποθεμάτων αυτών εξαρτώνται άμεσα από την ατομική σύσταση (x). Η εισαγωγή οργανικών ενώσεων οδήγησε σε υβριδικά συστήματα με εξαιρετικά διαφοροποιημένες ιδιότητες, μορφολογία, δομή και φωτοηλεκτροχημική συμπεριφορά, ιδιαιτέρως στις περιπτώσεις όπου στο σχηματισμό της τελικής δομής συμμετείχαν ταυτόχρονα φερροκένιο και οξαλικό άλας. Επιβεβαιώνεται η επιτυχής σύνθεση ενός νέου υβριδικού ημιαγωγικού παραγώγου, καθώς και ο σχηματισμός CdSe αμιγώς εξαγωνικής δομής, οδηγώντας τελικά σε φωτοηλεκτροχημικές αποδόσεις έως και 5 φορές μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες ηλεκτρολυτικά παρασκευασμένων αποθεμάτων καθαρού CdSe. Τα αποτελέσματα αυτά ανοίγουν το δρόμο για περαιτέρω διερεύνηση των πολλά υποσχόμενων υβριδικών συστημάτων με βάση τριμερή της μορφής ZnxCdx-1Se. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια, τέσσερα εκ των οποίων αναφέρονται στο θεωρητικό μέρος και δύο στο πειραματικό μέρος.	el
heal.abstract	his paper was prepared in the Organic Chemistry Laboratory of Chemical Engineering Faculty of the National Technical University of Athens and was designed for the electrolytic preparation and classification of hybrid semiconductors based on ternary cadmium-zinc-selenium systems, ZnxCdx-1Se, on titanium substrates. Emphasis was given both in the determination of the reserve energy gap and in their electrochemical response to solar radiation. Inorganic ZnxCdx-1Se samples (reference samples) of different atomic composition (x) were extracted from an electrolytic bath containing a large excess of ZnSO4 (0.2 M) and different equimolar concentrations of CdSO4 and H2SeO3 (0.1 mM, 0.25 mM and 0.5 mM) at 85 °C temperature, pH = 2.2 and V = -1.1 V. Hybrid systems were formed by using two techniques, electrochemical co-deposition and deposition of multiple layers, which were studied both individually and in combination. In electrochemical co-deposition, suitable oxalate (Na2C2O4) at a 2 mM concentration was added in the electrolytic bath. To form multilayer systems, inorganic CdSe samples, electrolytically prepared in a bath of CdSO4 and H2SeO3 at concentrations of 0.2 M and 2 mM respectively, at 85 °C temperature, pH = 2.2 and V = -1.0 V, were coated by spin coating with a thin layer of ferrocene (Fc), then followed by a second electrolytic deposition of a thin ZnxCdx-1Se film under the aforementioned conditions. In total, four series of samples of the following forms were prepared:1) ZnxCdx-1Se; 2) ZnxCdx-1Se/oxalate; 3) CdSe-Fc- ZnxCdx-1Se ("sandwich" type); 4) CdSe/oxalate-Fc- ZnxCdx-1Se/oxalate ("sandwich" type), each consisting of three samples, which correspond to the three different equimolar concentrations of CdSO4 and H2SeO3 in the electrolytic bath (0.1 mM, 0.25 mM and 0.5 mM). The classification of the prepared semiconductor systems regarding their crystal structure was performed via X-ray diffraction (XRD) and regarding their surface morphology and composition with the support of scanning electron microscope (SEM/EDAX). The determination of the energy gap was performed via reflectance spectrum using a UV-VIS-NIR spectrophotometer, while their photoelectrochemical behavior was studied in an photoelectrochemical cell (PEC). The results from the experiments confirmed the successful formation of ternary semiconducting systems of ZnxCdx-1Se form, which is friendly to humans and the environment compared to conventional CdSe semiconductor, after even partial substitution of highly toxic Cd with Zn. The behavior and the range of the energy gap of these deposits are heavily dependent on atomic composition (x). The introduction of organic compounds resulted in hybrid systems with highly differentiated properties, morphology, structure and photoelectrochemical behavior, particularly in cases where ferrocene and oxalate were involved simultaneously in the formation of the final structure. The successful composition of a new hybrid semiconducting derivative was confirmed, as well as the formation of CdSe with purely hexagonal structure, finally leading to a photoelectrochemical performance up to 5 times greater than the electrolytically prepared deposits of pure CdSe. These results open the way for further exploration of the very promising hybrid systems based on ternary ZnxCdx-1Se form. This thesis consists of six chapters, four of which refer to the theory and two to the experimental data, results and conclusions, as well.	en
heal.advisorName	Χαμηλάκης, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Χαμηλάκης, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Πολυμένης, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Λοΐζος, Ζαφείρης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	114 σ.
heal.fullTextAvailability	true