تأثير جزيئات كبريتيد الفضة النانوية على الخواص البصرية والكهربائية للأغشية الرقيقة (3-هيكسيل ثيوفين)
Title Title of Research: Effect of Ag2S nanoparticles on optical, photophysical and electrical properties of P3HT thin films
الباحث الرئيس محمد توقير خان
الباحثون المشاركون
التخصص: الفيزياء
التخصص الدقيق: Material Science
المستخلص: الهدف من البحث:
يهدف المشروع الحالي إلى تصنيع بلورات نانوية غير عضوية غير سامة وصديقة للبيئة يمكن استخدامها كمواد مستقبلية في الخلايا الشمسية الهجينة العضوية / غير العضوية.
المنهج المتبع:
هنا ، تم تصنيع الجسيمات النانوية لكبريتيد الفضة بطريقة الترسيب المشترك. بعد ذلك ، تم تصنيع أغشية هجينة بولي (3-هيكسيل ثيوفين) / كبريتيد الفضة بنسب تركيبية مختلفة من بولي (3-هيكسيل ثيوفين): كبريتيد الفضة. تم فحص الأغشية الرقيقة الملفقة بواسطة حيود الأشعة السينية ، مطيافية رامان والمسح المجهري الإلكتروني للتحليلات الهيكلية. تم فحص الخواص البصرية بواسطة مطياف الامتصاصية و Ellipsometry و TCSPC. تم استخلاص المعلمات الضوئية مثل ثابت العزل وفقد العزل ومعامل الانقراض ومعامل الانكسار من تركيب بيانات مقياس Ellipsometer باستخدام نماذج غير متبلورة جديدة. تم فحص الخواص الكهربائية للأفلام المصنعة بواسطة قياس تأثير هول.
النتائج: تم تقييم فجوة الحزمة للبولي النقي (3-هيكسيلثيوبين) لتكون 1.96 فولت ولوحظ أنها تتقلص قليلاً إلى 1.92 فولت للأغشية الهجينة. لقد وجد أن المعلمات الضوئية للأغشية الهجينة تزداد بينما يقل فقد العزل الكهربائي مقارنة بغشاء البوليمر النقي. يشير قمع اللمعان الضوئي في الأفلام الهجينة إلى تكوين مركب نقل الشحنة بين المضيف (عضوي) والضيف (غير عضوي). لوحظ انخفاض متوسط عمر الفلورة إلى 94 بيكو ثانية للبولي الهجين (3-هيكسيل ثيوفين): كبريتيد الفضة 1: 2 مقارنة بـ 126 بيكو ثانية للبوليمر النقي. تم العثور على مقاومة سطح فيلم البوليمر النقي 9.70E4 أوم. Cm ، وتم تصنيف الحركة الحاملة لتكون 0.2 سم ^ 2 فولت ^ -1 ثانية ^ -1 ووجد أنها تتناقص قليلاً مع زيادة محتوى كبريتيد الفضة في البوليمر.
الأصالة / القيمة البحثية: كبريتيد الفضة عبارة عن أشباه موصلات غير سامة من النوع n مع معامل امتصاص مرتفع نسبيًا ، على عكس كالكوجينيدات الرصاص والكادميوم ، والتي تعتبر سامة ولها تأثير ضار على البيئة. ستساعد نتائج العمل الحالي في تحسين أداء الجهاز للخلايا الشمسية الهجينة على أساس بولي (3-هيكسيل ثيوفين) / كبريتيد الفضة.
Abstract: Objective of the study:
The present project aims to synthesize nontoxic and environmental friendly n-type inorganic nanocrystals which can be used as an acceptor material in organic/inorganic hybrid solar cells.
Design/methodology/approach:
Herein, silver sulphide nanoparticles were synthesized through co-precipitation route. Thereafter, poly(3-hexylthiophen)/silver sulphide hybrid thin films were fabricated with different compositional ratio of poly(3-hexylthiophen):silver sulphide. The fabricated thin films were investigated through XRD, FT-Raman spectroscopy and SEM micrograph for structural analyses. The optical properties were investigated by recording the absorbance and spectroscopic Ellipsometry measurement, whereas the photophysical properties were investigated using time-correlated single photon counting (TCSPC) based lifetime system. The optical parameters: dielectric constant, dielectric loss, extinction coefficient (k) and refractive index (n) were extracted from the fitting of Ellipsometer data by using new amorphous dispersion models. The electrical properties of fabricated films were investigated by Hall Effect measurement.
Findings: The band gap of pure poly(3-hexylthiophen) was evaluated to be 1.96 eV and noted to be slightly shrinks to 1.92 eV for higher concentration of silver sulphide. The optical parameters of hybrid films were found to be increases, whereas the dielectric loss decreases in compare with pure polymer film. The PL quenching in hybrid films signaling the formation of charge transfer complex between host [poly(3-hexylthiophen)] and guest (silver sulphide). The fluorescence average life time was noted to be drops to 94 ps for hybrid poly(3-hexylthiophen): silver sulphide 1:2 film in compare to 126 ps for pristine polymer. The surface resistivity of pure polymer film was found to be 9.70×104 ohm.cm, carrier mobility was evaluated to be 0.2 cm2/V.s and found to be slightly decreases with increase of silver sulphide content in polymer.
Originality/value: Silver sulfide is a nontoxic n-type semiconductor and possess a relatively high absorption coefficient in contrast to cadmium and lead chalcogenides which are toxic compounds and have adverse effect on environment. The outcomes of the present work will aid to further improve the device performance of poly(3-hexylthiophen)/ silver sulphide based hybrid solar cells.