Effect of electrochemical deposition temperature and modification of ZnO layers on their photoelectrochemical activity

W pracy zbadano możliwość wytwarzania nanostrukturalnych warstw ZnO na przewodzących podłożach FTO poprzez proste osadzanie elektrochemiczne w temperaturze 60 °C. Proces przeprowadzono w elektrolicie azotanu(V) cynku i azotanu(V) sodu przy potencjale – 1,3 V vs. NEK przez 10 s (1 krok) oraz - 1,0 V vs. NEK przez 30 min (2 krok). Morfologię, skład i właściwości półprzewodnikowe osadów badano różnymi technikami. Stwierdzono, że zsyntezowane materiały są krystaliczne, a warstwy ZnO otrzymywane w wyniku dwustopniowego elektroosadzania wykazują porównywalne właściwości fotoelektrochemiczne do warstw uzyskiwanych w procesie z jednym krokiem. W celu zwiększenia właściwości fotoelektrochemicznych przygotowane warstwy ZnO zmodyfikowano metodą SILAR półprzewodnikami CdS oraz CdSe. W wyniku prowadzonych badań udało się otrzymać jedynie CdS. Ponadto zauważono, że materiały CdS/ZnO oraz CdSe/ZnO wykazują zwiększoną (w stosunku do ZnO) absorpcję w zakresie światła widzialnego, co skutkuje większymi wartościami generowanego fotoprądu. Dodatkowo zmodyfikowane materiały charakteryzują się stabilną i długotrwałą aktywnością fotoelektrochemiczną.

In this paper, the possibility of producing nanostructured ZnO films on conductive FTO substrates by simple electrochemical deposition at 60 °C was investigated. The process was carried out in zinc nitrate and sodium nitrate electrolytes at a potential of - 1.3 V vs. SCE for 10 s (1st step) and - 1.0 V vs. SCE for 30 min (2nd step). The morphology, composition and solid-state properties of the precipitates were studied by various techniques. The synthesized materials were found to be crystalline, and ZnO layers obtained by two-step electrodeposition showed comparable photoelectrochemical properties to those obtained by the one-step process. In order to increase the photoelectrochemical properties, the prepared ZnO layers were modified with CdS and CdSe semiconductors by using the SILAR method. As a result of the conducted experiments, only CdS could be obtained. In addition, it was noted that CdS/ZnO and CdSe/ZnO materials show increased (compared to ZnO) absorption in the visible light range, resulting in higher values of generated photocurrent. In addition, the modified materials exhibit stable and long-lasting photoelectrochemical activity.