Berbagai sifat lapisan pemanas transparan dari material, termasuk tabung nano karbon (CNT), graphene, poli(3,4-etilenadioksilentiofena): poli(asam stirena sulfonat) (PEDOT:PSS), indium oksida (In2O3), timah oksida (SnO2), galium (Ga) yang didoping dengan seng oksida (ZnO) dan perak telah banyak diteliti. Film pemanas transparan (TTFHs) umumnya dibuat pada permukaan substrat organik transparan seperti polietilen tereftalat (PET), polikarbonat (PC), polimida polieter sulfon (PES), dan polietilen naftalat (PEN) (Zhang, & Wang 2012). Baru-baru ini, penggunaan graphene sebagai lapisan pemanas transparan telah digunakan sebagai pengganti film pemanas berbasis indium tin oxide (ITO) yang harganya relatif mahal karena adanya indium yang langka di alam, dan proses fabrikasi yang sangat mahal (Zhang, & Wang 2012 ).
Lapisan Tipis Pemanas Fleksibel
TTFH harus memiliki transmisi optik minimal 80% dalam spektrum cahaya tampak (transparan), memiliki lapisan dengan nilai resistansi rendah sehingga menghasilkan efisiensi termal yang tinggi. Selain itu, nilai transmisi dan resistansi lapisan juga harus seragam di seluruh area elektroda, stabil dalam jangka panjang, mudah diproses, ekonomis untuk diproduksi, dan memiliki stabilitas termal yang tinggi. Selain itu, tingkat transparansi yang tinggi dalam spektrum tampak dan dekat-IR disebabkan oleh celah pita ZnO yang lebar.
Struktur Kristal ZnO
Bahan oksida logam yang paling umum digunakan adalah indium timah oksida (ITO), timah oksida (SnO3) dan seng oksida (ZnO). 16], konsentrasi pembawa muatan yang tinggi pada GZO disebabkan oleh cacat bawaan dan tersubstitusinya dopan Ga pada kisi kristal ZnO, yang menyebabkan nilai resistivitas yang dihasilkan film GZO menjadi rendah (konduktivitas tinggi). Cacat wurtzit yang paling dominan berdasarkan analisis energi pembentukannya adalah kekosongan kation pada material tipe-p dan kekosongan anion pada material tipe-n.
Sifat Optis ZnO
Pada semikonduktor intrinsik, perpindahan energi elektron hanya dimungkinkan dengan dua kemungkinan, yaitu perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi dengan membentuk lubang pada pita valensi atau biasa disebut eksitasi dan perpindahan elektron kembali dari pita konduksi. . pada pita valensi dengan menghilangkan lubang pada pita valensi atau dikenal dengan rekombinasi. Elektron yang berada pada pita konduksi kurang stabil sehingga cenderung kembali ke keadaan dasar (pita valensi) yang disebut rekombinasi (Alsultany, Hassan & Ahmed 2016). ZnO tidak hanya memiliki sifat optik intrinsik, tetapi juga sifat optik ekstrinsik, karena bahkan ZnO, yang tidak dikotori dengan pengotor, sudah memiliki tingkat energi yang dapat ditempati elektron antara pita valensi dan pita konduksi, yang berasal dari cacat titik alami pada kisi kristal ..
Doping ZnO
Uji penggunaan nanopartikel ZnO sebagai bahan fotoanoda pada sel surya DSSC dan selidiki pengaruh bentuk morfologi dan sifat optik terhadap efisiensi sel surya yang dihasilkan. Sintesis nanorods ZnO doping Co dan Mn dan penyelidikan pengaruh doping terhadap sifat struktur listrik, optik dan kristal ZnO serta aplikasinya sebagai bahan fotokatalis. Sintesis dan karakterisasi ZnO nanorods yang dipadu dengan logam Ag, Au dan Pt serta pengujian penggunaan paduan tersebut sebagai katalis dalam mendegradasi polutan organik.
Diagram Alir Penelitian
Proses Sintesis
Sebelum proses aplikasi ke substrat kaca, larutan prekursor disiapkan, yaitu larutan Zn(NO3)2·6H2O 0,04 M, dan konsentrasi optimal Zn(CH3COO)2.2H2O, HMT dan Ga ditemukan mengikuti langkah yang sama. prosedur. asetat. Substrat kaca yang telah dilapisi ZnO kemudian dimasukkan ke dalam botol dengan permukaan benih menghadap ke bawah. Kemudian tuangkan 10,00 ml larutan penumbuh ke dalam botol dan terakhir tambahkan larutan Ga2O3 3%.
Kemudian masukkan botol kaca tersebut ke dalam oven dan biarkan selama 6 jam dengan suhu oven 90oC. Kemudian keluarkan substrat dan bersihkan dengan aquabids, terutama yang memiliki bubuk endapan putih, bersihkan secara menyeluruh. Setelah dibilas dengan aquabid, nanoplate ZnO yang didoping Ga pada substrat kaca dikeringkan dalam cawan petri menggunakan hair dryer hingga kering.
Karakterisasi Sampel
Spektrum Absorpsi UV-Vis
Hasil pengukuran serapan optik dapat digunakan untuk menghitung nilai celah energi sampel ZnO yang didoping galium. Pengukuran nilai energi celah ini sangat penting karena energi celah berimplikasi pada perbedaan sifat dan ketergantungan koefisien serapan pada frekuensi foton yang dapat diterima oleh sampel ZnO. Nilai energi celah menunjukkan pergerakan elektron melintasi pita valensi ke pita konduksi (Surono & Sutanto, 2014).
Agar elektron berpindah dari pita valensi ke pita konduksi, energi foton yang diterima elektron harus setidaknya sama dengan energi celah sampel. Berdasarkan Tabel 4.1 terlihat bahwa nilai energi gap sampel ZnO terdoping gallium berkisar antara 3,183 eV hingga 3,243 eV. Nilai celah energi ini didukung oleh serapan sampel yang berada pada rentang panjang gelombang 300-400 nm, yang menunjukkan bahwa energi foton yang diterima elektron sama atau lebih besar dari celah energi sampel.
Sampel ZnO yang didoping Gallium dengan konsentrasi larutan penumbuh 0,1 M memiliki energi gap yang paling kecil dibandingkan dengan sampel lainnya. Besarnya energi foton yang diterima sesuai dengan besarnya celah energi sampel, sehingga celah energi yang kecil akan menyebabkan mobilitas pembawa muatan yang lebih besar karena energi foton yang diserap sampel besar (Abdullah, 2009). Nilai energi gap sampel ZnO yang didoping galium tampak lebih rendah dibandingkan dengan energi gap ZnO bulk, yaitu 3,37 eV.
Penurunan energi gap disebabkan oleh terbentuknya susunan kisi yang tidak beraturan (rusak), akibat adanya atom dopan yang mengakibatkan beberapa tingkat energi di bawah pita konduksi (Prajapati et al, 2013).
Tinjauan Difraksi Sinar-X (XRD)
Eva diffrac plus juga memberikan informasi berupa nilai FWHM untuk setiap puncak dari setiap sampel dengan variasi konsentrasi larutan penumbuh yang didoping gallium dan ukuran kristalinitasnya.
Hasil FESEM dan EDX
Sampel dengan konsentrasi larutan penumbuh 0,2 M, 0,3 M dan 0,4 M menghasilkan ZnO dengan penampang nanosheet dan nanosheet dengan diameter berbeda. Berdasarkan hasil pengukuran FESEM terlihat bahwa semakin besar konsentrasi larutan penumbuh maka sampel ZnO dengan bentuk penampang tidak sempurna dan pertumbuhan sampel juga tidak merata pada substrat FTO. Hal ini karena konsentrasi larutan penumbuh yang tinggi mengentalkan nanorod ZnO yang terbentuk, karena ion Zn+2 berdifusi lebih cepat ketika konsentrasi larutan penumbuh meningkat, sehingga diameter nanorod ZnO bertambah dari 34 menjadi 244 nm (Ko et al, 2012). ).
Hal ini disebabkan kemungkinan jumlah dopan galium yang sedikit, sehingga unsur galium berpeluang masuk ke seluruh kisi ZnO. Spektrum EDX menunjukkan unsur-unsur kimia yang ada dalam substrat yang ditumbuhkan dengan bahan nano ZnO yang didoping galium. Sampel ZnO yang didoping Gallium berhasil ditumbuhkan pada FTO menggunakan metode hidrotermal dengan konsentrasi larutan penumbuh yang berbeda.
Peningkatan konsentrasi larutan penumbuh dan proses doping galium mengakibatkan penurunan intensitas pada grafik hasil uji XRD, sehingga berpengaruh terhadap FWHM. Penambahan doping dengan atom logam merusak morfologi ZnO yang dihasilkan, dimana tanpa doping dihasilkan nanorods ZnO yang tersebar merata pada permukaan substrat FTO, sedangkan penambahan gallium doping menyebabkan morfologi sampel berubah menjadi nanorods yang tidak sempurna. retak nanomaterials, nanotubes dan retak nanoplates dan nanosheets. Pengujian sifat resistansi sampel belum berhasil dilakukan, hal ini disebabkan penampang nanopartikel ZnO yang dihasilkan tidak tersambung sempurna.
Untuk penelitian selanjutnya, guna mendapatkan nilai resistivitas yang lebih tinggi, disarankan untuk memvariasikan parameter fisik, seperti variasi konsentrasi larutan penumbuh yang lebih rendah, variasi waktu penumbuhan, variasi suhu annealing, pemilihan zat warna sebagai penyerap cahaya, elektrolit sebagai mediator transfer elektron, dan budidaya platinum dengan metode lain dan doping dengan unsur logam lain seperti aluminium, indium dan magnesium.
DAFTAR PUSTAKA
S.; Agilan, S., Improved photovoltaic performance of quantum dot-sensitized solar cell fabricated using Al-doped ZnO nanorod electrode. A.; Waki, K., Electrochemical and structural analysis of Al-doped ZnO nanorod arrays in dye-sensitized solar cells. Tomakin, M., Structural and optical properties of ZnO and Al-doped ZnO microrods obtained by the spray pyrolysis method using different solvents.
Yun, S.; Lee, J.; Chung, J.; Lim, S., Performance improvement of ZnO-based dye-sensitized solar cells by Al doping. Gahtar, A.; Rahal, A.; Benhaoua, B.; Benramache, S., A comparative study on the structural and optical properties of ZnO and Al-doped ZnO thin films obtained by the ultrasonic sputtering method using different solvents. Zhao, L., Controlled morphological evolution of ZnO nanostructures during electrochemical deposition: From the perspective of chloride ions.
H.; Jin, Z.; Abe, Y.; Kawamura, M., Effects of Li and Cu additions on the structural properties of zinc oxide nanorods. A.; Lee, J.-H., Vapor-phase growth of hedgehog Mg-doped ZnO nanowire networks and their application for highly sensitive and selective detection of ethanol. D.; Rusop, M., New Fabrication of MEH-PPV/Al:ZnO Nanorod Arrays Based on Ordered Bulk Heterojunction Hybrid Solar Cells.
Modification of the active surface sites of ZnO nanorods on the glass substrate for enhancement of photocatalytic activity.
Tailoring the active surface sites of ZnO nanorods on the glass substrate for photocatalytic activity enhancement
Results and Discussions
No peaks related to other zinc complexes or other impurities were seen, confirming the phase purity of ZnO [45,46]. In addition, ZnO nanorods cultured for 6 hours have the highest TC value of the (002) face of all samples. The FESEM images of ZnO nanorods with four different growth times are shown in Figure 2.
It is clearly seen that the ZnO nanorods generally have a hexagonal shape and grow perpendicular to the substrates. The ZnO nanorods grown for 2 h and 4 h have a slightly random growth direction, while as the growth time increases to 6 h and 8 h, the ZnO nanorods grow more perpendicular to the substrate. This indicates that the nucleation of ZnO on the glass substrate still continues during the growth time.
Moreover, the diameter of ZnO nanorods is also increased as the growth time increases. The FESEM images clearly show that the Zn and O ions in the precursor solution predominantly continue to grow on the existing ZnO nanorods in the c-axis direction during the growth process; while the growth at a-b level and new nucleation also takes place. In general, the absorption intensity in the UV and visible regions increases as the growth time increases, but there is no difference in UV absorption intensity between ZnO nanorods grown for 6 h and 8 h, although the surface of both slightly different.
Although ZnO nanorods grown for 6 hours have a smaller surface area but have more atoms in the (002) plane, their electrons can absorb the UV light more effectively and be excited into the conduction band.
Wavelength (nm)
Conclusions
Singhal, Facile synthesis of ZnO and transition metal doped ZnO nanoparticles for the photocatalytic degradation of Methyl Orange, Ceram Int. Budi, Mn-doping-induced photocatalytic activity enhancement of ZnO nanorods prepared on glass substrates, Appl Surf Sci. Utt, Study on photocatalytic activity of ZnO nanoneedles, nanorods, pyramids and hierarchical structures obtained by spray pyrolysis method, Mater Sci Semicond Process.
Niu, Fabrication of ZnO nanorods/Fe3O4 quantum dots nanocomposites and their photocatalytic performance for sunlight, J Mater Sci Mater Electron. Han, Three-Dimensional Hierarchical Structures of ZnO Nanorods as a Structural Adsorbent for Water Treatment, J Mater Sci Technol. Peta, The effect of seed layer growth temperature on the structural and optical properties of ZnO nanorods, Superlattices Microstruct.
Zhu, Low-temperature seeding and hydrothermal growth of ZnO nanorods on poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonic acid), Mater Lett. Xu, Preparation of ZnO from 2D nanosheets into various 1D nanorods and their structure, surface area, photocurrent, optical and photocatalytic properties by simple hydrothermal synthesis, J Alloys Compd. Kamarulzaman, Preparation and band gap energies of ZnO nanotubes, nanorods and spherical nanostructures, Powder Technol.
Jr, Hierarchical growth of ZnO nanorods over SnO 2 seed layers: insights into electronic properties from.
