ИНТЕРФЕЙСІНДЕ ЛАНТАНОЙД ЖОҒАРЫ-ТҮРЛЕНДІРУ НАНОБӨЛШЕКТЕРІ ИНТЕГРАЦИЯЛАНҒАН МЕТАЛЛ-ТОТЫҚ/КРЕМНИЙ ФОТОКАТОДТЫ КЕШЕНДІ ДАЙЫНДАУ ЖОЛЫ

К.  Диханбаев; А.  Рақымбекова; М.  Әмзе; А.  Ерсін; C.  Батай; E. Шабдан

doi:10.26577/RCPh2025953

Авторлар

К. Диханбаев Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан https://orcid.org/0000-0003-3628-0748
А. Рақымбекова Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан https://orcid.org/0009-0000-8687-3045
М. Әмзе Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан https://orcid.org/0000-0003-4075-1522
А. Ерсін Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан https://orcid.org/0009-0009-3059-5109
C. Батай Астана IT университеті, Астана, Қазақстан https://orcid.org/0000-0001-8692-9571
E. Шабдан Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан; Астана IT университеті, Астана, Қазақстан https://orcid.org/0000-0003-0113-8987

DOI:

https://doi.org/10.26577/RCPh2025953

46 8

Кілттік сөздер:

металл тотығы/кремний гетероқұрылымдары, лантанойд жоғары-түрлендіруі (ап-конверисясы), фотоэлектрохимиялық суды бөлу, сутегі энергиясы

Аннотация

Бұл жұмыста металл-ототық/кремний гетероқұрылымы негізіндегі интеграцияланған фотокатодтың дайындалу жолы ұсынылды. SnO₂ жұқа қабаты p-n⁺-Si төсенішінің алдыңғы бетіне магнетронды шашырату әдісімен тұндырылып, УК аймақ фотондарын сіңіру және коррозиядан қорғау қамтамасыз етілді. Артқы интерфейске NaYF₄:Er³⁺@PbS лантанойдты жоғары-түрлендіру нанобөлшектері (Ln-UCNPs) спин-айналдыру әдісімен кіріктіріліп, ЖИҚ аймақ (1550 нм) фотондарын көрінетін жарыққа түрлендіру арқылы кең спектрлі жұту қамтылды. СЭМ талдауы SnO₂ қабатының түйіршікті морфологиясын (қалыңдығы ~140 нм) және p-n⁺ өткелінің тереңдігін (~0,6 мкм) растады. ВАС өлшеулері тунельдік заряд тасымалын және Шоттки барьерін көрсетті. Спектралдық талдау фотосезімталдықтың 400–1100 нм диапазонда, әсіресе 870–900 нм шыңында өскенін анықтады. ФЭХ сынақтары Ln-UCNPs интеграциясы фототок тығыздығын ~5 есе арттырып, суды бөлу тиімділігін жақсартқанын дәлелдеді. Бұл кешенді құрылым Si негізді фотоэлектродтардың тұрақтылығы мен спектрлік тиімділігін арттыруда перспективті шешім болып табылады.

Авторлардың биографиясы

К. Диханбаев, Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан

доцент, Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ Физика-техникалық факультеті электроника және астрофизика кафедрасы, Алматы, Қазақстан, e-mail: dksolar2017@gmail.com

А. Рақымбекова, Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан

Магистр, Назарбаев университеті Астана Ұлттық лабораториясысының ғылыми қызыметкері. Астана, Қазақстан, e-mail: assel.rakymbekova@nu.edu.kz

М. Әмзе, Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан

Магистр, Назарбаев универ-ситеті, Астана Ұлттық лабораториясысының ғылыми қызыметкері. Астана, Қазақстан, e-mail: magzhan.amze@nu.edu.kz

А. Ерсін, Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан

Магистр, Назарбаев универ-ситеті Астана Ұлттық лабораториясысының ғылыми қызыметкері. Астана, Қазақстан, e-mail: adiya.yersin@nu.edu.kz

C. Батай, Астана IT университеті, Астана, Қазақстан

PhD, Астана IT уни-верситеті зияткерлік жүйелер және киберқауіпсіздік департаментінің аға оқытушысы. Астана, Қазақстан, e-mail: b.sagidolla@astanait.edu.kz

E. Шабдан, Астана Ұлттық лабораториясы, Назарбаев университеті, Астана, Қазақстан; Астана IT университеті, Астана, Қазақстан

корреспондент автор, PhD, Назарбаев университеті, Астана Ұлттық лаборато-риясысының аға ғылыми қызыметкері, Астана IT университеті зияткерлік жүйелер және киберқауіп-сіздік департаментінің қауымдастырылған профес-соры. Астана қ., e-mail: yerkin.shabdan@nu.edu.kz

Библиографиялық сілтемелер

M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, and N. S. Lewis, “Solar Water Splitting Cells,” Chem. Rev. 110(11), 6446–6473 (2010). https://doi.org/10.1021/cr1002326.

A. Kudo and Y. Miseki, “Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting,” Chem. Soc. Rev. 38(1), 253–278 (2009). https://doi.org/10.1039/B800489G.

Ronglei Fan, Zetian Mi, Mingrong Shen. Silicon based photoelectrodes for photoelectrochemical water splitting. Optics Express. 27, 4, A51-A80 (2019). https://doi.org/10.1364/OE.27.000A51.

Shuyang Peng, Di Liu, Zhiqin Ying,Keyu An,Chunfa Liu, Jinxian Feng,Haoyun Bai, Kin Ho Lo, Hui Pan. Industrial-Si-based photoanode for highly efficient and stable water splitting. Journal of Colloid and Interface Science. 671, 2024, 434-440. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.05.185.

S. Y. Noh, K. Sun, C. Choi, M. Niu, M. Yang, K. Xu, S. Jin, D. Wang, Branched TiO2/Si nanostructures for enhanced photoelectrochemical water splitting. Nano Energy 2013, 2, 351. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.10.010.

Yanhao Yu, Zheng Zhang, Xin Yin, Alexander Kvit, Qingliang Liao, Zhuo Kang, Xiaoqin Yan, Yue Zhang & Xudong Wang. Enhanced photoelectrochemical efficiency and stability using a conformal TiO2 film on a black silicon photoanode. Nat Energy 2, 17045 (2017). https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.45.

R. van de Krol, Y. Liang, An n-Si/n-Fe2O3HeterojunctionTandemPhotoanodefor SolarWater Splitting. CHIMIA Int. J. Chem. 2013, 67, 168. https://doi.org/10.2533/chimia.2013.168.

Yerkin Shabdan, Aiymkul Markhabayeva, Nurlan Bakranov, Nurxat Nuraje. Photoactive Tungsten-Oxide Nanomaterials for Water-Splitting. Nanomaterials 2020, 10(9), 1871; https://doi.org/10.3390/nano10091871.

Zahra Hajiahmadi, Yavar T. Azar. Computational study of h-WO3 surfaces as a semiconductor in water-splitting application. Surfaces and Interfaces 28 (2022) 101695. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101695.

Yihui Zhao, Geert Brocks, Han Genuit, Reinoud Lavrijsen, Marcel A. Verheijen,and Anja Bieberle-Hütter. Boosting the Performance of WO3/n-Si Heterostructuresfor Photoelectrochemical Water Splitting: from the Roleof Si to Interface Engineering. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1900940. https://doi.org/10.1002/aenm.201900940.

Y. Zhao, S. Balasubramanyam, R. Sinha, R. Lavrijsen, M. A. Verheijen, A. A. Bol, A. Bieberle-Hütter, Physical and Chemical Defects in WO3 Thin Films and Their Impact on Photoelectrochemical Water Splitting. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 5887. DOI: 10.1021/acsaem.8b00849.

Hanan K. Hassun, Bushra H. Hussein, Ebtisam M.T. Salman, Auday H. Shaban. Photoelectric properties of SnO2: Ag/P–Si heterojunction photodetector. Energy Reports 6 (2020) 46–54. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2019.10.017.

Joseph Day, S. Senthilarasu, Tapas K. Mallick. Improving spectral modification for applications in solar cells: A review. Renewable Energy 132 (2019) 186e205. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.101.

Yerkin Shabdan , Chang-Keun Lim, Almaz Beisenbayev, Adiya Yersin, Nurxat Nuraje. PbS Quantum Dots and Er³⁺ in Core-Shell Nanocrystals for NIR-to-Visible Upconversion. 4th International Symposium on Emerging Materials and Devices. NLA, Nazarbayev Univesity. Astana, Kazakhstan. May 28-30, 2025.

Xiaoning Ru, Miao Yang, Shi Yin, Yichun Wang, Chengjian Hong, Fuguo Peng, Yunlai Yuan, Chang Sun, Chaowei Xue, Minghao Qu, Jianbo Wang, Junxiong Lu, Liang Fang, Hao Deng, Tian Xie, Shengzhong (Frank) Liu, Zhenguo Li, Xixiang Xu. Silicon heterojunction solar cells achieving 26.6% efficiency on commercial-size p-type silicon wafer. Joule 8, 1092–1104, April 17, 2024. DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.015.

Almaz Beisenbayev, Mina Guli, Santeri Neuvonen and Erkin Shabdan. Synthesis of PbS Quantum Dot-Sensitized Er³⁺-Activated Core-Shell Nanocrystals for Enhanced Photon Upconversion. ACS Omega, 2025(submited).