Nuovo approccio di studio sistematico del film sottile di CdS di sintesi verde tramite colorante Salvia

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 12521 (2022) Citare questo articolo

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In questo studio, abbiamo mirato ad aumentare la conoscenza riguardo ai meccanismi di risposta associati alla formazione di film sottili di CdS. Il film sottile di CdS rimane l'alternativa più interessante per molti ricercatori, poiché è stato un materiale tampone capace di produrre effetti nelle celle solari policristalline a base di film (CdTe, CIGSe, CZTS). La tecnica Linker Assisted and Chemical Bath Deposition (LA-CBD), che combina la tecnica Linker Assisted (LA) e il metodo di deposizione in bagno chimico (CBD) per formare un film sottile di CdS di alta qualità, è stata presentata come una tecnica di sensibilizzazione ibrida efficiente e innovativa . I film di CdS sono stati legati alla calce sodata con l'aiuto di forze elettrostatiche, che hanno portato alla formazione dei complessi intermedi [Cd (NH3)4]2+ che hanno contribuito alla collisione di questi complessi con un vetrino di calce sodata. Nella tecnica di fabbricazione in una fase è stato utilizzato il colorante Salvia e come molecola di collegamento l'acido 3-mercaptopropionico (MPA). I risultati ottici hanno mostrato che il bandgap variava nell'intervallo da (2,50 a 2,17) eV. Le proprietà morfologiche hanno mostrato una distribuzione omogenea delle particelle di forma asferica nei film coloranti CdS + MPA + Salvia. Questa tecnica ha influenzato in modo significativo le caratterizzazioni elettriche dei film di CdS dopo il processo di ricottura. I film coloranti CdS + Ag + MPA + Salvia hanno mostrato la concentrazione massima del portatore e la resistività minima, rispettivamente pari a 5,64 × 10 18 cm−3 e 0,83 Ω cm.

Il trasferimento dagli approcci computazionali alle modalità esperienziali dei catalizzatori reali è ancora una sfida. Le nanoparticelle metalliche in soluzione, a causa della loro elevata dispersione, sembrano agglomerarsi e coagulare spontaneamente, e devono quindi essere stabilizzate1. Recentemente sono emerse grandi preoccupazioni sui potenziali impatti negativi dei nanomateriali sull'ecoambiente a causa del loro maggiore utilizzo2. Da allora, l’attuale influenza ambientale dei nanomateriali non è stata attualmente sufficientemente studiata e discussa, compreso il modo migliore per convalidare questo effetto3. Le nanoparticelle possono essere prodotte in modo ecologico e utilizzate per una varietà di applicazioni antibatteriche e antitumorali4. Durante il processo di preparazione delle nanoparticelle, vengono impiegati composti naturali per ridurre i sali metallici e non vengono applicati altri agenti riducenti o stabilizzanti. Le nanoparticelle create hanno eccellenti caratteristiche biologiche5. Fierascu et al. nanoparticelle d'oro sintetizzate dall'estratto di Salvia officinalis (SO)6. Mentre (Karel Sehnal 2019) ha valutato l'effetto di diverse concentrazioni di NP Ag sulle piante germinate di mais utilizzando un approccio verde (utilizzando l'estratto di salvia) rispetto agli ioni Ag(I) (Zea mays)7. La Salvia officinalis L. (salvia comune) è un arbusto sempreverde perenne aromatico, originario della regione mediterranea, dell'Africa sudorientale e dell'America centrale e meridionale, Fig. 1.

Salvia officinalis L.8

Sebbene la capacità di alcune specie di salvia di biosintetizzare composti sia di interesse per l'industria alimentare e farmaceutica, praticamente tutte le ricerche in letteratura a nostra conoscenza sono limitate a pochi articoli per l'utilizzo come agente di copertura nella sintesi di nanoparticelle. Inoltre, in letteratura non sono fornite informazioni sul confronto delle prestazioni. Alcuni rapporti precedenti hanno mostrato che sia il film di CdS che quello di HgCdTe sono semiconduttori del gruppo II-VI e hanno un grande potenziale nel fotorilevamento9,10. Più specificamente, le molecole semiconduttrici come il film sottile di CdS grazie ad esso sono considerate un promettente strato tampone, che potrebbe essere utilizzato come partner convenzionale di eterogiunzione di tipo n nei dispositivi fotovoltaici a film sottile esistenti e nuovi, a causa della loro diretta transizione del bandgap (Eg ~ 2,4 eV), trasparenza, conduttività di tipo n e transizione diretta del bandgap con elevata affinità elettronica (4,2 eV)11. Sebbene sia considerato materiale tossico, la quantità utilizzata nella fabbricazione della cella solare come strato tampone è di circa 100 nm, che è molto piccola. In aggiunta a ciò, per migliorare ulteriormente le proprietà dei film sottili di CdS, abbiamo approfittato dei QD e miravamo a stabilizzare le superfici dei film sottili di nanocristalli di CdS utilizzando molecole organiche adeguate chiamate agenti di capping. Questi potrebbero essere utilizzati durante la sintesi e legarsi alle superfici delle particelle, diminuendo così la crescita delle particelle e prevenendone l'aggregazione. Senza dimenticare come questa sintesi possa incidere in termini di sostenibilità ambientale. In uno studio precedente, Kovalenko et al. hanno osservato che quando utilizzavano ligandi superficiali di calcogenuro metallico molecolare vicino ai QD, potevano preservare le proprietà di assorbimento ottico dipendenti dalle dimensioni delle molecole, mentre la mobilità degli elettroni era significativamente migliorata12. Yu et al. ha proposto la tecnica in situ Linker-Assisted Chemical Bath Deposition (LACBD) per fabbricare superfici TiO2 fotostabili CdSe/CdS QD-sensibilizzate utilizzando un modificatore bifunzionale, ovvero l'acido tioglicolico (TGA)13. I QD sintetizzati utilizzando questa tecnica erano di dimensioni più piccole e mostravano una distribuzione dimensionale ristretta rispetto alla tecnica tradizionale del CBD a causa della natura stabilizzante del TGA. Fino ad oggi, i tioli erano considerati i migliori ligandi che aiutavano a controllare la crescita e la nucleazione dei nanocristalli semiconduttori II-VI14. Tra i diversi ligandi a base tiolica, in genere sono stati utilizzati ligandi con un gruppo mercapto e un gruppo carbossilico collegato con una catena alchilica. L'acido 3-MercaptoPropionico (MPA) è considerato una molecola organica, con 2 gruppi funzionali. La coordinazione tra uno o entrambi questi gruppi funzionali e le superfici delle nanoparticelle mostra due vantaggi, vale a dire (1) passivazione dei legami penzolanti sulla superficie delle nanoparticelle; e (2) Protezione delle nanoparticelle e loro prevenzione dall'attrazione reciproca, che inibisce l'aggregazione. L'MPA è un ligando popolare poiché il suo utilizzo porta a una bassa densità di stato mid-gap, che consente la raccolta di portatori di carica su distanze maggiori al di fuori della loro regione di esaurimento15.