Ryou, Heejoong;Kim, Sunjae;Lee, In Gyu;Oh, Hoon-Jung;Hwang, Wan Sik
Journal of the Semiconductor & Display Technology
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v.20
no.2
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pp.98-102
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2021
GaOOH is obtained via hydrothermal synthesis procedure. The formed GaOOH is turned into α-Ga2O3 at 500℃ annealing. As the annealing temperatures increase the α-Ga2O3 is in part turned into β-Ga2O3 and fully turned into β-Ga2O3 after 1100℃. XPS and PL results reveal that heterojunction interface between α-Ga2O3 and β-Ga2O3 become maxim at 500℃ annealing condition, which result in the highest photocatalytic activity. The presence of heterojunction interface slows down the recombination process by separating photogenerated electron-hole pairs and thereby enhance the overall photocatalytic activity.
A new $\pi$-conjugated polymer, poly[(2-methoxy-(5-(2-(4-oxyphenyl)-5-phenyl-1,3,4-oxadiazole)-hexyloxy))-1,4-pheny1ene-1,2-etheny1ene-alt-(10-hexyl-3,7-phenothiazine )-1,2-ethenylene] (PTOXDPPV), was synthesized by the Heck coupling reaction. The electron transporting unit, conjugated 1,3,4-oxadiazo1e (OXD), is attached on the main chain via linear 1,6-hexamethylenedioxy chain. The band gap and photoluminescence (PL) maximum of PTOXDPPV are 2.35 eV and 565 nm, respectively. These values are very close to those of po1y[(2,5-didecyloxy-1,4-phenylene-1,2-etheny1ene )-alt-(l0-hexyl-3,7-phenothiazine)-1,2-ethenylene] (PTPPV), which does not have OXD pendant. The estimated HOMO energy level of PTOXDPPV was -4.98 eV, which is very close to that of PTPPV (-4.91 eV). The maximum wavelength of EL device based on PTOXDPPV and PTPPV appeared at 587 and 577 nm, respectively. In the PL and EL spectrum, the emission from OXD pendant was not observed. This indicates that the energy transfer from OXD pendants to main chain is occurred completely. The EL device based on PTOXD-PPV (ITO/PEDOT/PTOXDPPV/AI) has an efficiency of 0.033 cd/A, which is significantly higher than the device based on PTPPV (ITO/PEDOT/PTPPV/AI) ($4.28{\times}10^{-3}\;cd/A$). From the results, we confirm that the OXD pendants in PTOXDPPV facilitate hole-electron recombination processes in the emissive layer effectively.
Different weight percentages of Ag, Pt, and Au doped nano $TiO_2$ were synthesized using the acetic acid hydrolyzed sol-gel method. The crystallite phase, surface morphology combined with elemental composition and light absorption properties of the doped nano $TiO_2$ were comprehensively examined using X-ray diffraction (XRD), $N_2$ sorption analysis, transmission electron microscopic (TEM), energy dispersive X-ray, and DRS UV-vis analysis. The doping of noble metals stabilized the anatase phase, without conversion to rutile phase. The formation of gold nano particles in Au doped nano $TiO_2$ was confirmed from the XRD patterns for gold. The specific surface area was found to be in the range 50 to 85 $m^2$/g. TEM images confirmed the formation a hexagonal plate like morphology of nano $TiO_2$. The photocatalytic activity of doped nano $TiO_2$ was evaluated using 4-chlorophenol as the model pollutant. Au doped (0.5 wt %) nano $TiO_2$ was found to exhibit higher photocatalytic activity than the other noble metal doped nano $TiO_2$, pure nano $TiO_2$ and commercial $TiO_2$ (Degussa P-25). This enhanced photocatalytic activity was due to the cathodic influence of gold in suppressing the electron-hole recombination during the reaction.
$AgI/AgCl/H_2WO_4$ double heterojunctions photocatalyst was prepared via deposition-precipitation followed by ion exchange method. The structure, crystallinity, morphology, chemical content and other physical-chemical properties of the samples are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive x-ray spectra (EDX), UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (DRS), and photoluminescence (PL). The photocatalytic activity of the $AgI/AgCl/H_2WO_4$ was evaluated by degrading methyl orange (MO) under visible light irradiation (${\lambda}$ > 400 nm). The double heterojunctions photocatalyst displayed more efficient photocatalytic activity than pure AgI, AgCl, $H_2WO_4$ and AgCl/$H_2WO_4$. Based on the reactive species and energy band structure, the enhanced photocatalytic activity mechanism of $AgI/AgCl/H_2WO_4$ was discussed in detail. The improved photocatalytic performance of $AgI/AgCl/H_2WO_4$ double heterojunctions could be ascribed to the enhanced interfacial charge transfer and the inhibited recombination of electron-hole pairs, which was in close relation with the $AgI/AgCl/H_2WO_4$ heterojunctions formed between AgI, AgCl and $H_2WO_4$.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.463-463
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2014
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have generated a strong interest in the development of solid-state devices owing to their low cost and simple preparation procedures. Effort has been devoted to the study of electrolytes that allow light-to-electrical power conversion for DSSC applications. Several attempts have been made to substitute the liquid electrolyte in the original solar cells by using (2,2',7,7'-tetrakis (N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9-9'-spirobi-fluorene (spiro-OMeTAD) that act as hole conductor [1]. Although efficiencies above 3% have been reached by several groups, here the major challenging is limited photoelectrode thickness ($2{\mu}m$), which is very low due to electron diffusion length (Ln) for spiro-OMeTAD ($4.4{\mu}m$) [2]. In principle, the $TiO_2$ layer can be thicker than had been thought previously. This has important implications for the design of high-efficiency solid-state DSSCs. In the present study, we have fabricated 3-D Transparent Conducting Oxide (TCO) by growing tin-doped indium oxide (ITO) nanowire (NWs) arrays via a vapor transport method [3] and mesoporous $TiO_2$ nanoparticle (NP)-based photoelectrodes were prepared using doctor blade method. Finally optimized light-harvesting solid-state DSSCs is made using 3-D TCO where electron life time is controlled the recombination rate through fast charge collection and also ITO NWs length can be controlled in the range of over $2{\mu}m$ and has been characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Structural analyses by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and X-Ray diffraction (XRD) results reveal that the ITO NWs formed single crystal oriented [100] direction. Also to compare the charge collection properties of conventional NPs based solid-state DSSCs with ITO NWs based solid-state DSSCs, we have studied intensity modulated photovoltage spectroscopy (IMVS), intensity modulated photocurrent spectroscopy (IMPS) and transient open circuit voltages. As a result, above $4{\mu}m$ thick ITO NWs based photoelectrodes with Z907 dye shown the best performing device, exhibiting a short-circuit current density of 7.21 mA cm-2 under simulated solar emission of 100 mW cm-2 associated with an overall power conversion efficiency of 2.80 %. Finally, we achieved the efficiency of 7.5% by applying a CH3NH3PbI3 perovskite sensitizer.
To synthesize a high-performance photocatalyst, N doped $TiO_2$ nanotubes deposited with Ag nanoparticles were synthesized, and surface characteristics, electrochemical behaviors, and photocatalytic activity were investigated. The $TiO_2$ nanotubular photocatalyst was fabricated by anodization; the Ag nanoparticles on the $TiO_2$ nanotubes were synthesized by a reduction reaction in $AgNO_3$ solution under UV irradiation. The XPS results of the N doped $TiO_2$ nanotubes showed that the incorporated nitrogen ions were located in interstitial sites of the $TiO_2$ crystal structure. The N doped titania nanotubes exhibited a high dye degradation rate, which is effectively attributable to the increase of visible light absorption due to interstitial nitrogen ions in the crystalline $TiO_2$ structure. Moreover, the precipitated Ag particles on the titania nanotubes led to a decrease in the rate of electron-hole recombination; the photocurrent of this electrode was higher than that of the pure titania electrode. From electrochemical and dye degradation results, the photocurrent and photocatalytic efficiency were found to have been significantly affected by N doping and the deposition of Ag particles.
Byun, Jong Min;Park, Chun Woong;Kim, Young In;Kim, Young Do
Journal of Powder Materials
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v.25
no.3
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pp.257-262
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2018
The coupling of two semiconducting materials is an efficient method to improve photocatalytic activity via the suppression of recombination of electron-hole pairs. In particular, the coupling between two different phases of $TiO_2$, i.e., anatase and rutile, is particularly attractive for photocatalytic activity improvement of rutile $TiO_2$ because these coupled $TiO_2$ powders can retain the benefits of $TiO_2$, one of the best photocatalysts. In this study, anatase $TiO_2$ nanoparticles are synthesized and coupled on the surface of rutile $TiO_2$ powders using a microemulsion method and heat treatment. Triton X-100, as a surfactant, is used to suppress the aggregation of anatase $TiO_2$ nanoparticles and disperse anatase $TiO_2$ nanoparticles uniformly on the surface of rutile $TiO_2$ powders. Rutile $TiO_2$ powders coupled with anatase $TiO_2$ nanoparticles are successfully prepared. Additionally, we compare the photocatalytic activity of these rutile-anatase coupled $TiO_2$ powders under ultraviolet (UV) light and demonstrate that the reason for the improvement of photocatalytic activity is microstructural.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.246-246
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2016
Tungsten-nitrogen (W-N) co-doping has been known to enhance the photocatalytic activity of anatase titania nanoparticles by utilizing visible light. The doping effects are, however, largely dependent on calcination or annealing conditions, and thus, the massive production of quality-controlled photocatalysts still remains a challenge. Using density functional theory (DFT) thermodynamics and time-dependent DFT (TDDFT) computations, we investigate the atomic structures of N doping and W-N co-doping in anatase titania, as well as the effect of the thermal processing conditions. We find that W and N dopants predominantly constitute two complex structures: an N interstitial site near a Ti vacancy in the triple charge state and the simultaneous substitutions of Ti by W and the nearest O by N. The latter case induces highly localized shallow in-gap levels near the conduction band minimum (CBM) and the valence band maximum (VBM), whereas the defect complex yielded deep levels (1.9 eV above the VBM). Electronic structures suggest that substitutions of Ti by W and the nearest O by N improves the photocatalytic activity of anatase by band gap narrowing, while defective structure degrades the activity by an in-gap state-assisted electron-hole recombination, which explains the experimentally observed deep level-related photon absorption. Through the real-time propagation of TDDFT (rtp-TDDFT), we demonstrate that the presence of defective structure attracts excited electrons from the conduction band to a localized in-gap state within a much shorter time than the flat band lifetime of titania. Based on these results, we suggest that calcination under N-rich and O-poor conditions is desirable to eliminate the deep-level states to improve photocatalysis.
In this study, we synthesized a combination of graphene oxide (GO) and titanium dioxide (TiO2) and confirm that GO can be used for CO2 photoreduction. TiO2 exhibited highly efficient combination with other conventional electric charges generated by these paration phenomenon for suppression of hole-electron recombination. This improved the efficiency of CO2 photoreduction. The synthetic form of GO-TiO2 used in this study was agraphene sheet surrounded by TiO2 powder. Efficiency and stability were enhanced by combination of GO and TiO2. In a CO2 photoreduction experiment, the highest CO conversion rate was 0.652 μmol/g·h in GO10-TiO2 (2.3-fold that of pure TiO2) and the highest CH4 production rate was 0.037 μmol/g·h in GO0.1-TiO2 (2.4-fold that of pure TiO2). GO enhances photocatalytic efficiency by functioning as a support and absorbent, and enabling charge separation. With increasing GO concentration, the CH4 level decreases to~45% due to decreased transfer of electrons. In this study, TiO2 together with GO yielded a different result than the normal doping effect and selective CO2 photoreduction.
We analyze the current density - voltage (J - V) curve of a Cu(In,Ga)$Se_2$ (CIGS) thin-film solar cell measured at different irradiation power densities. For the solar-cell sample investigated in this study, the fill factor and power conversion efficiency decreased as the irradiation power density (IPD) increased in the range of 2 to 5 sun. Characteristic parameters of solar cell including the series resistance ($r_s$), the shunt resistance ($r_{sh}$), the photocurrent density ($J_L$), the saturation current density ($J_s$) of an ideal diode, and the coefficient ($C_s$) of the diode current due to electron-hole recombination via ionized traps at the p-n interface are determined from a theoretical fit to the experimental data of the J - V curve using a two-diode model. As IPD increased, both $r_s$ and $r_{sh}$ decreased, but $C_s$ increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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