Andmebaasi logo
 

Photoelectric Properties of ZnO Nanorods

Laen...
Pisipilt

Kuupäev

2023

Kättesaadav alates

15.09.2023

Autorid

Kaeval, Henno

Ajakirja pealkiri

Ajakirja ISSN

Köite pealkiri

Kirjastaja

Eesti Maaülikool

Abstrakt

In this study, electrical and photoelectrical properties of ZnO nanorods were investigated. This study is the continuation of my bachelor’s work where I studied absorption and band gap properties of ZnO nanoparticles. The aim of the current study was to investigate electrical properties of ZnO nanostructures. It was found that ZnO nanoparticles studied in my bachelor’s do not show electrical characteristics due to high amount of grain boundaries and non-uniformity. Therefore, the nanorods structure of ZnO was investigated for the electrical measurements. In this study, four samples of ZnO nanorods were investigated, and are classified according to the solvent used for preparing the seeding layer. The nanorods were prepared by a two-step method. The first step includes seeding of zinc precursor. The seeding solution was prepared in four different solvents: ethanol, methanol, isopropanol and 70% ethanol. The second step was the hydrothermal method to grow ZnO nanorods on pre-seeded indium tin oxide (ITO) substrate. The ITO substrate, which consists of 100 nm thick ITO layer deposited on 0.5 mm thick quartz glass substrate were purchased from Ossila [1]. The current-voltage (I-V) characteristics of all four ZnO nanorod samples were studied for two types of contacts: Ohmic and Schottky. The measurements were carried out in two different conditions: in dark and under light exposure, for both type of contacts. A source measure unit (SMU) was used to measure ZnO nanorods conductivity. The measurement range was set to -3 V to +3 V for both Ohmic and Schottky contacts. The data was plotted with Origin Pro software. The Ohmic I-V measurements in dark and room light suggested that methanol seeded ZnO nanorod sample is highly photosensitive to room light itself. The experiments with Schottky behavior were not conclusive for all the nanorod samples. However, sample with isopropanol seeding showed Schottky-like characteristics for the silver (Ag) Schottky contact. The study of Schottky contact needs further investigations and is beyond the scope of this thesis. In conclusion, the enhancement in the current under room light for ohmic contacts for all the nanorod samples suggested that these samples are sensitive to photons emitted by room light. It was expected that room light emits some UV radiation coming from the neon light that excites electrons from ZnO nanorods and resulted in the enhancement of current. As mentioned earlier, the highest enhancement was shown by ZnO nanorods with methanol solution seeding, which suggests that this sample is a good UV light absorber compared to others and is a potential candidate to be used in applications such as solar cells and photo detectors.
Käesolevas magistritöös uuriti ZnO nanovarraste elektrilisi ja fotoelektrilisi omadusi. See töö on jätkuks minu bakalaureusetööle, kus ma uurisin ZnO nanoosakeste valguse neeldumist ja selle energia vahemikke. Antud teadustöö eesmärk oli uurida ZnO nanostruktuuride elektrilisi omadusi ja valgustundlikkust. Selgus, et minu bakalaureusetöös uuritud ZnO nanoosakesed ei näita elektrilisi omadusi kasutusmeetodil uurides. Seetõttu sai valitud uurimisobjektiks ZnO nanovardad, et teostada valguse mõju tuvastamiseks vajalikke elektrimõõtmisi. Käesolevas töös uuriti nelja ZnO nanovarraste proovi, mis on klassifitseeritud vastavalt sünteesi aluskihi valmistamiseks kasutatud lahustile. Nanovardaid valmistati kaheastmelisel meetodil. Esimene samm hõlmas tsinki sisaldava sünteesi aluskihi valmistamist. Aluskihi tekitamiseks kasutatav lahus valmistati neljas erinevas lahustis: etanool, metanool, isopropanool ja 70% etanool. Teiseks etapiks oli hüdrotermiline meetod: ZnO nanovarraste kasvatamine eelnevalt kaetud indiumtinaoksiidiga (ITO) substraadil. 100 nm paksuse ITOkihtiga on kaetud 0,5 mm paksune kvartsklaasi tükk. Substraat osteti Ossilalt [1]. Kõigi nelja ZnO nanovarraste proovi voolu ja pinge (I-V) omadusi uuriti kahe tüüpi kontaktide puhul: Ohmic ja Schottky. Mõlema kontakti tüübi mõõtmised viidi läbi kahes erinevas olukorras: pimedas ja valguse käes. ZnO- nanovarraste juhtivuse mõõtmiseks kasutati mõõteseadet Source measure unit X200 (SMU). Mõõtmisvahemikuks määrati -3 V kuni +3 V nii Ohmickui ka Schottky-kontaktide puhul. Andmetöötlus sai tehtud Origin Pro tarkvaraga. Ohmic IV mõõtmised pimedas ja toavalguses näitasid, et metanooliga sünteesitud ZnO nanovarraste proov on toavalgusele väga valgustundlik. Katsed Schottky kontaktidega polnud kõigi nanovarraste proovide puhul veenvad. Isopropanooli proov näitas ainsana paremaid Schottkytaolisi omadusi hõbeda (Ag) Schottky- kontaktidega. Schottky- kontaktide uurimine vajab täiendavaid uuringuid ja väljub käesoleva lõputöö raamidest. Kokkuvõtteks võib öelda, et toavalguses toimuv voolu suurenemine kõigi nanovarraste proovide Ohmic kontaktide puhul viitas sellele, et need on tundlikud toavalguse poolt kiiritatud footonite suhtes. Eeldasin, et toavalgus kiirgab neoon valgust ja vähesel määral ka UV-kiirgust, mis ergastab ZnO nanovarraste elektrone ja põhjustas voolu suurenemise. Nagu varem mainitud, näitas kõige suuremat muutust metanooliga sünteesitud ZnO nanovardad. Antud proov on teistega võrreldes hea neoon valguse ja UV-kiirguse neelaja ja potentsionaalne kandidaat kasutamiseks päikesepaneelide ja fotodetektorite rakendustes.

Kirjeldus

Master’s Thesis Energy Application Engineering Curriculum

Märksõnad

magistritööd, master thesis, ZnO, nanorods, seed layer, resistance, Schottky barrier, conduction band, photosensitivity

Viide

Kollektsioonid