Hochleistungs-UV-Detektor mit eigener Stromversorgung auf Basis von SnO2-TiO2-Nanomace-Arrays

Hintergrund

Ultraviolett-Photodetektoren (UVPDs) sind in vielen Bereichen weit verbreitet, wie z. B. Fernsteuerung, chemische Analyse, Wasserreinigung, Flammenerkennung, Raketenfrüherkennung und sichere Raum-zu-Raum-Kommunikation [1]. Um die Verwendung kostspieliger UV-Passfilter zu vermeiden und einen Betrieb im sichtbaren Blindbereich zu erreichen, wurden Halbleiter mit großer Bandlücke für die Lichtdetektion, insbesondere im ultravioletten Bereich, umfassend untersucht [2]. In den letzten Jahrzehnten haben nanostrukturierte Halbleiter wie Nanostäbe, Nanodrähte, Nanoröhren und Nanozweige aufgrund ihres hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses und ihrer rational gestalteten Oberflächenmorphologie großes Forschungsinteresse auf sich gezogen [3,4,5,6,7,8,9 ,10,11,12,13]. Photoelektrochemische Zellen (PEC)-artige Photodetektoren, die mit nanostrukturierten Halbleitern aufgebaut sind, weisen eine hohe Ansprechempfindlichkeit und ein schnelles Einschwingverhalten im Vergleich zu herkömmlichen photoleitfähigen Halbleiter-Dünnschichtdetektoren auf. Als neue und effiziente Möglichkeit zur Herstellung von Hochleistungs-Photodetektoren können PEC-basierte Bauelemente komplizierte Epitaxieprozesse und teure Einkristallsubstrate vermeiden, was für die zunehmend billigeren optoelektronischen Anwendungen sehr wichtig ist. Daher haben energieautarke UVPDs auf Basis von PEC-Geräten ein intensives Forschungsinteresse auf sich gezogen. Selbstversorgte UVPDs basierend auf einer PEC-Struktur wurden unter Verwendung eines flüssigen I ⁻ . hergestellt /I₃ ⁻ Redoxpaarelektrolyt [14,15,16,17,18] und ein nanokristallines TiO₂ Film [14] oder ein mehrschichtiges TiO₂ Nanostäbchen-montierte Gewebe/Nanostäbchen-Array-basierte Elektrode [15]. Beeindruckende Leistungen wurden bei diesen UVPDs beobachtet. Jedoch flüssiges I ⁻ /I₃ ⁻ Redox-Paar-Elektrolyt ist für den Langzeitbetrieb nicht ideal:Er ist stark korrosiv, flüchtig und photoreaktiv und interagiert mit üblichen metallischen Komponenten und Dichtungsmaterialien. Von diesem Punkt an können Elektrolyte auf Wasserbasis der sicherste, stabilste und umweltfreundlichste Elektrolyt sein. Zhanget al. haben einen UV-sichtbaren Photodetektor auf der Basis von ZnO/CuO-Heteroübergängen und NaSO₄ . berichtet wässrige Lösung, die eine ausgezeichnete Photodetektionsleistung zeigt [19]. TiO₂ hat aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften für wasserelektrolytbasierte UVPDs große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Leeet al. berichtete über einen UV-Detektor basierend auf einem TiO₂ Film/Wasser-Fest-Flüssig-Heteroübergang [20], der eine hohe Lichtempfindlichkeit, ausgezeichnete spektrale Selektivität und schnelle Reaktion aufweist. Um das TiO₂ . weiter zu vergrößern /Elektrolytkontaktfläche, Xie et al. stellte einen PEC-Photodetektor mit eigener Stromversorgung auf Basis von TiO₂ . her Nanostab-Arrays/Wasser-UVPD [21]. Bisher zeigen UVPDs auf Wasserelektrolytbasis immer noch eine geringere Lichtempfindlichkeit als solche, die I ⁻ . verwenden /I₃ ⁻ Redoxpaarelektrolyt. Darüber hinaus ist die geringe Elektronenbeweglichkeit von TiO₂ erhöht die Wahrscheinlichkeit einer photoneninduzierten Elektronenrekombination mit dem Elektrolyten. Im Gegensatz dazu SnO₂ besitzt eine hohe Elektronenmobilität, was auf einen schnelleren Diffusionstransport von Photonen-induzierten Elektronen zum transparenten leitfähigen Oxidstromkollektor hindeutet. Vor kurzem hochwertiges TiO₂ /SnO₂ Heterojunction-Nanostrukturen wurden mit verschiedenen Methoden für optoelektronische Anwendungen hergestellt [17, 22]. Beeindruckende Leistung wurde bei UVPDs mit TiO₂ . beobachtet /SnO₂ verzweigte Heteroübergänge und SnO₂ mesoporöse Kugeln @ TiO₂ als Elektrodenmaterialien [16, 17]. Alle diese UVPDs wurden jedoch mit ungeordneten Nanostrukturen aufgebaut. Es ist zu erwarten, dass bei geordnetem SnO₂ -TiO₂ Nanostruktur-Arrays mit einer hohen Elektronentransporteffizienz werden als Photoanode der UVPDs verwendet, eine viel bessere Photodetektionsleistung kann erreicht werden.

In dieser Arbeit geordnetes SnO₂ -TiO₂ Nanomace-Arrays (STNMAs) wurden mit weichchemischen Methoden synthetisiert. Ein umweltfreundliches, selbstbetriebenes UVPD wurde unter Verwendung der STNMAs als Photoanode und Wasser als Elektrolyt aufgebaut. Der schematische Aufbau von STNMAs/H₂ O UVPD ist in Abb. 1 dargestellt. Als aktive Elektrode wurden vertikal auf fluordotiertem Zinnoxidglas (FTO) aufgewachsene STNMAs verwendet. Das STNMA-basierte Gerät zeigt eine höhere Photostromdichte als das blanke SnO₂ Nanoröhren-basiertes Gerät unter UV-Bestrahlung. Die spektrale Lichtempfindlichkeit und Reaktionszeit werden charakterisiert, um das Potenzial des STNMA UVPD zu bewerten. Die Auswirkungen der Wachstumszeit von TiO₂ Zweige zur Leistung von UV-Photodetektoren wurden ebenfalls untersucht. Die energieautarke UVPD basierend auf optimierten STNMAs weist eine hohe Ansprechempfindlichkeit von 0,145 A/W, eine schnelle Anstiegszeit von 0,037 s und eine Abklingzeit von 0,015 s sowie eine hervorragende spektrale Selektivität auf. Darüber hinaus ist der Elektrolyt dieses Photodetektors Wasser, das kostengünstig, stabil und umweltfreundlich ist.

Die schematische Struktur des nanostrukturierten SnO₂ -TiO₂ /H₂ O Fest-Flüssig-Heterojunction-basierter UV-Detektor

Methoden

Synthese von SnO₂ Nanoröhren-Arrays

FTO-Glas (2 cm  ×  2 cm) wurde mit Ethanol bzw. entionisiertem Wasser 15 Minuten lang mit Ultraschall gereinigt und dann an der Luft getrocknet. Ein 10-nm-Sn-Film wurde auf FTO durch thermisches Verdampfen abgeschieden und in Luft bei 550 °C für 1 h getempert, um ein dichtes SnO₂ . zu bilden Schicht. Auf dem SnO₂ . wurden hochwertige ZnO-Nanostab-Arrays hergestellt gepuffertes FTO-Glas durch ein zweistufiges hydrothermales Verfahren. Die Details konnten unserer vorherigen Arbeit [23] entnommen werden. SnO₂ Die Hüllschicht wurde auf dem ZnO-Nanostab-Array durch Flüssigphasenabscheidung abgeschieden. Mit ZnO-Nanostäbchen bedecktes FTO wurde in Na₂ . getaucht SnO₃ wässrige Lösung bei 60 °C für 1 h. Dann wurde die Probe in 0,01 M verdünnte Salzsäure getaucht, um das ZnO-Templat und das einheitliche SnO₂ . zu entfernen Nanotube-Arrays (SNAs) wurden erhalten.

Synthese von SnO₂ -TiO₂ Nanomace-Arrays

TiO₂ Nanobranchen wurden auf dem SnO₂ . gezüchtet Nanotube-Stamm durch ein einfaches wässriges chemisches Wachstumsverfahren. Das SnO₂ Die oben hergestellten Nanoröhren-Arrays auf FTO-Glas wurden in eine wässrige Lösung von 0,2 M TiCl₄ . gegeben bei Raumtemperatur. Um verschiedene TiO₂ . zu erreichen Nanobranch-Länge wurde die Abscheidung nach 6, 12, 18 bzw. 24 Stunden durchgeführt. Die resultierenden STNMAs wurden gründlich mit entionisiertem Wasser gespült und dann 30 Minuten lang bei 450 °C getempert.

Zusammenbau des UV-Detektors

Der Photodetektor vom PEC-Typ wurde in eine ähnliche Struktur einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle eingebaut, wie in unserer früheren Arbeit diskutiert [24]. Kurz gesagt wurden die erhaltenen STNMAs, die auf FTO-Glas synthetisiert wurden, als aktive Elektrode verwendet, und ein 20 nm dicker Pt-Film, der durch Magnetron-Sputtern auf FTO-Glas abgeschieden wurde, wurde als Gegenelektrode verwendet. Die aktive Elektrode (SnO₂ /FTO) und die Gegenelektrode (Pt/FTO) wurden mit einem 60 µm dicken Versiegelungsmaterial (SX-1170-60, Solaronix SA, Aubonne, Schweiz) von Angesicht zu Angesicht aneinander geklebt. Schließlich wurde entionisiertes Wasser in den Raum zwischen der oberen und der Gegenelektrode eingespritzt. Die effektive Fläche des UV-Detektors betrug ungefähr 0,2 cm ² . .

Charakterisierung

Die Kristallstruktur der Proben wurde durch Röntgenbeugung (XRD; XD-3, PG Instruments Ltd., Peking, China) mit Cu Kα-Strahlung (λ = 0,154 nm). Die Oberflächenmorphologie der Proben wurde unter Verwendung eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (FESEM; Hitachi S-4800, Hitachi, Ltd., Chiyoda, Tokio, Japan) und eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM; F-20, FEI Company, Hillsboro) charakterisiert , ODER, USA). Die optische Transmission wurde unter Verwendung eines UV-Vis-Doppelstrahl-Spektrophotometers (TU-1900, PG Instruments, Ltd., Peking, China) gemessen. Als UV-Lichtquelle wurde eine 500-W-Xenon-Lampe (7ILX500, 7Star Optical Instruments Co., Peking, China) mit einem Monochromator (7ISW30, 7Star Optical Instruments Co.) verwendet, um monochromatisches Licht zur Charakterisierung des Spektralverhaltens zu erzeugen. Die spektralen Photoreaktionseigenschaften wurden mit einem programmierbaren Sourcemeter (2400, Keithley Instruments Inc., Cleveland, OH, USA) erhalten. Die Messung des Photoresponse-Schaltverhaltens wurde durch eine elektrochemische Workstation (RST5200, Zhengzhou Shirusi Instrument Technology Co. Ltd., Zhengzhou, China) erhalten.

Ergebnisse und Diskussion

Morphologie von SnO₂ Nanotube-Arrays (SNAs) und STNMAs wurden von einem FESEM untersucht. Wie in Abb. 2a gezeigt, wurden geordnete SNAs mit offener Oberseite gleichmäßig auf der Oberfläche des FTO-Glassubstrats gezüchtet. Weitere Analysen zeigen, dass die Nanoröhren einen Durchmesser von 50–80 nm und eine Wandstärke von weniger als 10 nm haben. Die Dichte von Nanoröhren beträgt typischerweise 30 Nanoröhren/μm ² . Abbildung 2b–e veranschaulicht das SnO₂ Nanoröhren-Arrays, eingetaucht in TiCl₄ Lösung für 6, 12, 18 bzw. 24 Stunden. Es ist deutlich zu erkennen, dass das SnO₂ Nanoröhren wachsen fast senkrecht zum FTO-Substrat und sind mit einer großen Anzahl von TiO₂ . bedeckt Nanoverzweigungen, um eine Nanomace-Struktur zu bilden. Die Morphologie von SNA und STNMA wird ebenfalls durch TEM überprüft. Wie in Abb. 2g gezeigt, h für die nackte SNA und STNMA, die für 18 h gezüchtet wurden, das SnO₂ Nanoröhre hat eine Länge von etwa 500 nm und die TiO2-Äste wachsen dicht an der Wand von SnO₂ Nanoröhren. Die Morphologie der STNMAs hängt stark von der Wachstumszeit ab. Mit zunehmender Wachstumszeit werden die Zweige zahlreicher und länger. Diese auf SnO₂ . beschichteten Nanozweige Nanotube würde die spezifische Oberfläche und Rauheit stark vergrößern, was für PEC-Anwendungen wichtig ist. Sobald die Abscheidungszeit jedoch 24 h oder länger erreicht, bilden die Verzweigungen ein kontinuierliches Netzwerk, das die effektive aktive Fläche stark unterdrückt, was zu einer Verringerung der aktiven Fläche von TiO₂ . führen würde mit dem Elektrolyten in Kontakt gebracht. Dies wird durch die reduzierte Leistung des Photodetektors im folgenden Teil bestätigt. Die Kristallstruktur der SNAs und STNMAs mit einer Abscheidungszeit von 18 h wurde durch Röntgenbeugung (XRD) untersucht und die entsprechenden Muster sind in Abb. 2f dargestellt. Die 2θ Scan-Muster zeigt, dass alle Peaks des SnO₂ Nanotubes stimmt mit denen des FTO-Substrats überein, das auf SnO₂ . indiziert werden kann Rutilstruktur [JCPDS Nr. 77-0450.]. Nach der Abscheidung von TiO₂ Nanoverzweigungen erscheinen zwei weitere Peaks, die den (110)- und (211)-Ebenen des Rutil-TiO₂ . entsprechen [JCPDS Nr. 02-0494.]. Die XRD-Ergebnisse zeigen, dass die STNMAs aus Rutil-SnO₂ . bestehen Nanotube-Stamm und Rutil-TiO₂ Nanozweige ohne andere Phasen.

SEM- und TEM-Bilder und XRD-Muster von SnO₂ Nanoröhren-Arrays und SnO₂ -TiO₂ Nanomace-Arrays. a Hochvergrößertes REM-Bild in Draufsicht von SnO₂ Nanoröhren-Arrays. b REM-Aufnahme von 6-h-gewachsenen STNMAs. c REM-Aufnahme von 12-h-gewachsenen STNMAs. d REM-Aufnahme von 18 Stunden gewachsenen STNMAs. e REM-Aufnahme von 24-h-gewachsenen STNMAs. f Röntgenbeugungsmuster des Substrats, SnO₂ Nanoröhren-Arrays und STNMAs. g TEM-Bild einer nackten SNA. h TEM-Aufnahme von 18 Stunden gewachsenen STNMAs

Das Transmissionsspektrum von FTO-Glas, SNAs und STNMAs ist in Abb. 3a dargestellt. Bei FTO-Glas ist eine scharfe Absorptionskante bei 320 nm zu beobachten. Die Absorptionskante von SnO₂ Nanotube-Arrays und 6-h-gezüchteten STNMAs ähnelt denen des FTO-Glases, aber die Absorptionskante von 12-24-h-gezüchteten STNMAs zeigt alle eine deutliche Rotverschiebung. Die Transmission von FTO erreicht null, wenn die Wellenlänge kürzer als 305 nm ist, was die spektrale Reaktionskante im Kurzwellenbereich bestimmt. Die starke Lichtstreuung durch das TiO₂ nanobranches bewirkt eine geringere Transmission aller STNMAs als die von FTO und SnO₂ Nanoröhren im Wellenlängenbereich von 400–550 nm. Aus diesen Transmissionsspektren kann geschlossen werden, dass nur Licht mit einer Wellenlänge zwischen 305 und 400 nm von TiO₂ . gut absorbiert werden kann Arrays und tragen zur UV-Photoempfindlichkeit bei, die in der folgenden Charakterisierung der spektralen Empfindlichkeit bestätigt wird. Die spektrale Empfindlichkeit dieser Fotodetektoren wurde im Bereich von 300–550 nm bei Nullvorspannung gemessen, wie in Abb. 3b gezeigt. Die Ansprechempfindlichkeit wird nach folgender Formel berechnet:R = Ich /AE , wobei R ist die Reaktionsfähigkeit, ich ist der gemessene Photostrom, A der aktive Bereich des Fotodetektors ist und E ist die Bestrahlungsstärke der Lichtquelle, die mit einem handelsüblichen Lichtleistungsmesser gemessen wird. Das Gerät arbeitet als selbstversorgter Photodetektor, der bei einer Nennspannung von Null arbeitet, mit einer großen Photostromantwort bei schwacher Beleuchtung. Wie in Abb. 3b gezeigt, beträgt der maximale Ansprechwert für einen bloßen SNA-basierten UV-Fotodetektor ungefähr 0,01 A/W bei 335 nm, was einer einfallenden Photonen-Strom-Umwandlungseffizienz (IPCE) von nur 3,7 % entspricht. Normalerweise können in SnO₂ . leicht Sauerstoffleerstellen gebildet werden Material und verursachen eine hohe Ladungsrekombination. TiO₂ Nanobranch-Abscheidung auf den SNAs kann die Oberfläche von SnO₂ . passivieren und die Elektron-Loch-Rekombination reduzieren. Die auf STNMA basierenden Photodetektoren zeigen eine viel bessere UV-Photoempfindlichkeit. Die maximale Empfindlichkeit von STNMAs, die für 18 Stunden gewachsen sind, beträgt ungefähr 0,145 A/W bei 365 nm. Der entsprechende IPCE ist höher als 49,2 %, was viel höher ist als bei anderen H₂ O-basierte PEC-Detektoren bei dieser Wellenlänge [20, 23, 24]. In Anbetracht des Verlustes einfallender Photonen, der durch die Lichtabsorption und -streuung des FTO-Glases verursacht wird, kann eine viel höhere interne Quanteneffizienz erwartet werden. Das TiO₂ Nanoverzweigungen beschichtet auf dem SnO₂ Nanoröhren-Arrays erhöhen nicht nur die Kontaktgrenzfläche zwischen den STNMAs und dem Elektrolyten, sondern auch die Lichtstreufähigkeit, was zu einer Verbesserung der Photon-Harvesting-Effizienz führt. Darüber hinaus transportieren diese ultradünnen Äste sehr effektiv Löcher zum TiO₂ . /Wasser-Grenzfläche, da die meisten Elektron-Loch-Paare innerhalb der Diffusionsstrecke gebildet werden, was letztendlich den Rekombinationsverlust minimiert. Darüber hinaus werden die in SnO₂ . injizierten Photoelektronen Nanoröhre aus TiO₂ Nanobranch erreichen die FTO-Sammelelektrode schnell, weil SnO₂ besitzt eine höhere Elektronenbeweglichkeit als TiO₂ . Wenn die Wachstumszeit 24 h oder länger erreicht, werden die Zweige auf den Nanoröhren-Arrays miteinander verbunden. Die aktive Fläche von TiO₂ Kontakt mit dem Elektrolyten nimmt ab. Daher ist eine zu lange Wachstumszeit nachteilig und führt zu einer verringerten photovoltaischen Leistung des UV-Photodetektors.

Die UV-Vis-Transmissionsspektren und das Empfindlichkeitsspektrum von Photodetektoren. a Transmissionsspektrum für FTO-Glassubstrat, SNAs und STNMAs mit unterschiedlicher Wachstumszeit. b Empfindlichkeitsspektrum von Photodetektoren basierend auf SNAs und STNMAs

Um ihre Reaktion auf ein sich schnell änderndes Lichtsignal zu charakterisieren, wurden die Photostromdichte-Zeit-Eigenschaften der Geräte bei 0 V Vorspannung unter einer intermittierenden 365 nm-UV-Bestrahlung mit einer Leistung von 129 μW/cm ^{2 . Die einfallende Strahlung wird mit einem Ein-/Aus-Intervall von 10 s geschaltet. In Abb. 4a sind fünf sich wiederholende Zyklen dargestellt, die darauf hinweisen, dass der Fotostrom reproduzierbar zwischen dem „EIN“-Zustand und dem „AUS“-Zustand durch periodisches Ein- und Ausschalten des UV-Lichts umgeschaltet werden kann. Wenn die Abscheidungszeit von TiO₂ Nanobranch weniger als 6 h beträgt, ist die Photostromdichte recht gering. In diesem Fall nur TiO₂ Nanopartikel mit einer hohen Defektdichte wurden auf der Oberfläche von SnO₂ . gebildet Nanoröhre, was zu einer hohen Elektron-Loch-Rekombination und einer schlechten Photoantwort führen würde. Mit zunehmender Wachstumszeit wird die Kristallqualität des TiO₂ nanobranches wurde verbessert und die Oberfläche wurde stark vergrößert. Daher nimmt der Photostrom signifikant zu, wenn die Wachstumszeit länger als 6 h ist, und erreicht das Maximum, wenn die Abscheidungszeit 18 h beträgt. Ausgehend von den vergrößerten ansteigenden und abfallenden Flanken der Photostrom-Antwortkurve betragen die Anstiegs- und Abklingzeit des UV-Detektors ungefähr 0,037 und 0,015 s (Abb. 4b, c), was auf eine schnelle Photoreaktionscharakteristik hinweist. Das quantitative Kriterium für die Anstiegszeit ist die Zeit bis zum Erreichen von 90% des stabilen Photostroms, und für die Abklingzeit ist die Zeit bis zum Erreichen von 1/e (37%) des ursprünglichen Photostroms. Die Gesamtleistung des STNMA-basierten UV-Detektors mit eigener Stromversorgung ist im Vergleich zu Tabelle 1 erheblich besser als die von anderen Arbeiten berichteten.}

Zeitverhalten des STNMAs/Wasser-UV-Detektors. a Photostrom-Antwort unter Ein-/Aus-Strahlung von 129 μW/cm ² Beleuchtung mit UV-Licht. b Vergrößerter Aufgang und c abfallende Flanke der Photostromantwort

Schematische Darstellung der Energiebandanpassung und des Gerätearbeitsmechanismus sind in Abb. 5 dargestellt. Wenn das einfallende Licht durch FTO-Glas wandert und die aktive Schicht aus TiO₂ . erreicht Nanoverzweigungen, Photonen mit einer Energie über dem TiO₂ Bandlücke wird absorbiert und Elektronen werden vom Valenzband zum Leitungsband angeregt, und danach werden Elektron-Loch-Paare erzeugt. Das eingebaute Potential an der Grenzfläche wirkt als treibende Kraft zur Trennung der Elektron-Loch-Paare. Negative Elektronen bewegen sich entlang von TiO₂ Nanoverzweigung zum SnO₂ Nanotube und werden von der FTO-Elektrode gesammelt. Diese Elektronen werden leicht in den externen Stromkreis übergehen und zur Pt-Schicht der Gegenelektrode zurückkehren, da die Austrittsarbeit von FTO mit dem Leitungsband von SnO₂ . übereinstimmt und TiO₂ . Die positiven Löcher werden auf die Oberfläche des TiO₂ . getrieben Nanobranch und werden von OH ⁻ . eingefangen Anion, die reduzierte Form des Redoxmoleküls (h ⁺ +OH ⁻ → OH·). Aufgrund der großen Oberfläche ist eine schnelle Entfernung von Löchern über den Heteroübergang zu erwarten. Die oxidierte Form des Redoxmoleküls wird zurück in die reduzierte Form OH ⁻ . reduziert an der Gegenelektrode (Pt/FTO) durch die Elektronen, die aus dem äußeren Stromkreis wieder in den UV-Detektor eingetreten sind (e ⁻ + OH· → OH ⁻ ). Hier dient das Pt sowohl als Katalysator für die Redoxreaktion als auch als Leitweg für die Elektronen. Der Kreislauf wurde auf diese Weise vervollständigt, was eine autarke UV-Erkennungseigenschaft demonstriert.

Schematisches Energiebanddiagramm und die Elektronentransferprozesse für die STNMAs/H₂ O-Heterojunction

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir SnO₂ . synthetisiert -TiO₂ Nanomace-Arrays bestehend aus SnO₂ Nanotube-Trunk und TiO₂ Nanobranchen mit weichchemischen Methoden. Ein UV-Detektor mit eigener Stromversorgung wurde unter Verwendung dieser Nanostruktur als aktive Elektrode und Wasser als Elektrolyt aufgebaut. Aufgrund der beschleunigten Elektron-Loch-Trennungsgeschwindigkeit durch das SnO₂ -TiO₂ Kern-Schale-Struktur, vergrößerte Oberfläche von TiO₂ Nanoverzweigungen und schnelle Elektronentransporteigenschaften von SnO₂ Nanotube wurde mit diesem nanostrukturierten Photodetektor eine hervorragende Leistung erzielt. Für den auf optischen STNMAs basierenden Detektor wird bei 365 nm ein hoher IPCE von bis zu 49,2 % beobachtet, der mehr als 10 Mal größer ist als der maximale IPCE von bloßem SnO₂ Nanoröhre (3,7%). Auch bei diesem Photodetektor wurden eine schnelle Ansprechzeit und eine ausgezeichnete spektrale Selektivität erzielt. Wir glauben, dass dieses SnO₂ -TiO₂ Die nanomace-Struktur kann auf andere Anwendungen basierend auf photoelektrochemischen Effekten ausgedehnt werden, wie z. B. farbstoffsensibilisierte Solarzellen und photoelektrochemische Wasserstofferzeugung.

Abkürzungen

FTO:

Fluordotiertes Zinnoxid

IPCE:

Effizienz der Umwandlung von einfallenden Photonen in Strom

PEC:

Photoelektrochemische Zelle

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

SNAs:

SnO₂ Nanoröhren-Arrays

STNMAs:

SnO₂ -TiO₂ Nanomace-Arrays

TEM:

Transmissionselektronenmikroskop

UV:

Ultraviolett

UVPDs:

Ultraviolett-Fotodetektoren

XRD:

Röntgenbeugung