ФУНКЦІОНАЛІЗАЦІЯ ПОВЕРХНІ НАНОДРОТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ НАНОМАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ВУГЛЕЦЮ ДЛЯ ФОТОВОЛЬТАЇКИ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.71(1).2026.361869Ключові слова:
сонячний елемент, кремнієві нанонитки, вуглецеві наноматеріали, фулерен, графен, вуглецеві нанотрубкиАнотація
Попри розвиток фотовольтаїки, традиційні кремнієві сонячні елементи мають обмежену ефективність і схильні до деградації під час тривалої експлуатації, що зумовлює потребу в нових підходах до модифікації їхніх властивостей. Перспективним рішенням є використання масивів кремнієвих нанониток із розвиненою поверхнею для покращеного поглинання світла. Водночас така структура характеризується високою концентрацією поверхневих дефектів, які спричиняють рекомбінаційні втрати носіїв заряду та знижують ефективність пристроїв. У роботі виготовлено сонячні елементи на основі масиву кремнієвих нанониток із хімічно функціоналізованою поверхнею. Масив нанониток формували методом метало-стимульованого хімічного травлення кремнієвих підкладок із подальшою модифікацією поверхні шляхом кислотного або лужного травлення. Формування p-n переходу здійснювали методом термічної дифузії фосфору, тоді як фронтальні та тильні контакти створювали вакуумним осадженням металевих шарів. Функціоналізацію поверхні проводили шляхом нанесення вуглецевих наноматеріалів – фулерену, графену та вуглецевих нанотрубок – із використанням методів крапання та занурення з відповідних розчинів. Морфологію та елементний склад отриманих структур досліджували за допомогою сканувальної електронної мікроскопії у поєднанні з енергодисперсійним аналізом. Електричні та фотоелектричні характеристики визначали на основі темнових і навантажувальних вольт-ампених характеристик. Проведено порівняльний аналіз впливу типу попередньої хімічної обробки та способу нанесення вуглецевих наноматеріалів на властивості структур. Показано, що вибір умов хімічної обробки поверхні та тип вуглецевого модифікатора істотно впливають на бар’єрні характеристики p-n переходу, рівень поверхневої рекомбінації та фотоелектричні параметри сонячних елементів. Отримані результати дозволяють визначити технологічні чинники, що забезпечують зниження рекомбінаційних втрат і підвищення ефективності кремнієвих сонячних елементів на основі масивів нанониток.
Посилання
M. Aghaei, S. Damanafshan, M. Abyari, M. Imamzai, M. H. Pourdadash, Y. H. M. Thayoob, “An Overview of Solar Cells Materials Classification”, Proceedings of the 2nd National Graduate Conference (NatGrad 2013), 2014, pp. 1–5.
F. Saeed, A. Zohaib, “Quantification of Losses in a Photovoltaic System: A Review”, Engineering Proceedings, vol. 11, no. 1, p. 35, 2021. DOI: 10.3390/ASEC2021-11200.
S. W. Glunz, R. Preu, D. Biro, «Crystalline Silicon Solar Cells: State-of-the-Art and Future Developments”, in Comprehensive Renewable Energy, Elsevier, 2012, pp. 353–387. DOI: 10.1016/B978-0-08-087872-0.00117-7.
M. K. Sahoo, P. Kale, “Integration of silicon nanowires in solar cell structure for efficiency enhancement: A review”, Journal of Materiomics, vol. 5, no. 1, pp. 34–48, 2019. DOI: 10.1016/j.jmat.2018.11.007.
O. A. Ekpete, K. J. Orie, “Fullerenes: Synthesis and Application”, Faculty of Natural and Applied Sciences Journal of Scientific Innovations, vol. 4, no.1, pp. 221–236, 2023.
A. Jebnouni et al., “Exploring the structural and electronic properties of fullerenes for advanced photodetectors, diodes, and solar cell applications”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2025. DOI: 10.1016/j.jiec.2025.02.022.
X. Kong et al., “Graphene/Si Schottky solar cells: a review of recent advances and prospects”, RSC Advances, vol. 9, no. 2, pp. 863–877, 2019. DOI: 10.1039/c8ra08035f.
A. Altuntepe, A. Seyhan, R. Zan, “Graphene for Si-based solar cells”, Journal of Molecular Structure, vol. 1200, p. 127055, 2020. DOI: 10.1016/j.molstruc.2019.127055.
Y. Lin et al., “Graphene/semiconductor heterojunction solar cells with modulated antireflection and graphene work function”, Energy & Environmental Science, vol. 6, no. 1, pp. 108–115, 2013. DOI: 10.1039/c2ee23538b.
I. Jeon, Y. Matsuo, S. Maruyama, “Single-Walled Carbon Nanotubes in Solar Cells”, Topics in Current Chemistry, vol. 376, no. 1, 2018. DOI: 10.1007/s41061-017-0181-0.
X. Huang et al., “Performance enhancement of carbon nanotube/silicon solar cell by solution processable MoO”, Applied Surface Science, vol. 542, p. 148682, 2021. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.148682.
Y. Linevych, V. Koval, M. Dusheiko, M. Lakyda, “Application of silicon nanowires in sensors of temperature, light and humidity”, Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 184, article no. 108773, 2024. DOI: 10.1016/j.mssp.2024.108773.
Y. Linevych, V. Koval, M. Dusheiko, M. Lakyda, N. Kavraska, V. Barbash, P. Teselko, “Carbon surface modification of silicon nanowires for sensing application”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 3891, article no. 116534, 2025. DOI: 10.1016/j.sna.2025.116534.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Хомякова Д. В., Коваль В. М., Ліневич Я. О., Душейко М. Г.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
