Σύνθεση, μελέτη και χαρακτηρισμός υβριδικών (ανόργανων – οργανικών) ημιαγώγιμων υμενίων με βάση τριμερή συστήματα της μορφής ZnxCdx-1Se - Λύρος, Τριαντάφυλλος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας, 2017)
Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στο εργαστήριο Οργανικής Χημείας της σχολής Χημικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και σκοπό είχε την ηλεκτρολυτική παρασκευή και τον χαρακτηρισμό υβριδικών ημιαγωγών με βάση τριμερή συστήματα καδμίου-ψευδαργύρου-σεληνίου, ZnxCdx-1Se, επί υποστρωμάτων τιτανίου. Έμφαση δόθηκε τόσο στον προσδιορισμό του ενεργειακού διακένου των αποθεμάτων, όσον και στην ηλεκτροχημική τους ανταπόκριση στην ηλιακή ακτινοβολία. Ανόργανα δείγματα ZnxCdx-1Se (δείγματα αναφοράς) διαφορετικής ατομικής σύστασης (x) παρελήφθησαν από ηλεκτρολυτικό λουτρό που περιείχε μεγάλη περίσσεια ZnSO4 (0.2 Μ) και διαφορετικές ισομοριακές συγκεντρώσεις CdSO4 και H2SeO3 (0,1 mM, 0,25 mM και 0,5 mM), σε συνθήκες θερμοκρασίας 85oC, pH=2,2 και V= -1,1 V. Ο σχηματισμός των υβριδικών συστημάτων πραγματοποιήθηκε με βάση δύο τεχνικές, την ηλεκτροχημική συναπόθεση και την εναπόθεση πολλαπλών στρωμάτων, οι οποίες μελετήθηκαν ανεξάρτητα, αλλά και συνδυαστικά. Κατά την ηλεκτροχημική συναπόθεση στο ηλεκτρολυτικό λουτρό προστέθηκε κατάλληλο οξαλικό άλας (Na2C2O4) σε συγκέντρωση 2 mM. Προς σχηματισμό συστημάτων πολλαπλών στρωμάτων ανόργανα δείγματα CdSe, παρασκευασμένα ηλεκτρολυτικά από λουτρό CdSO4 και H2SeO3 συγκέντρωσης 0,2 Μ και 2 mM, αντίστοιχα, σε θερμοκρασία 85 °C, pH 2,2 και V= -1,0 V, επικαλύφθηκαν, μέσω spin coating, με λεπτό στρώμα φερροκενίου (Fc) και στη συνέχεια ακολούθησε δεύτερη ηλεκτρολυτική απόθεση λεπτού υμενίου ZnxCdx-1Se στις προαναφερθέντες συνθήκες. Συνολικά παρασκευάστηκαν τέσσερις σειρές δειγμάτων της μορφής: 1) ZnxCdx-1Se, 2) ZnxCdx-1Se/oxalate, 3) CdSe-Fc- ZnxCdx-1Se (τύπου “sandwich”), 4) CdSe/oxalate-Fc- ZnxCdx-1Se/oxalate (τύπου “sandwich”), η κάθε μία αποτελούμενη από τρία δείγματα, τα οποία αντιστοιχούν στις τρεις διαφορετικές ισομοριακές συγκεντρώσεις CdSO4 και H2SeO3 στο ηλεκτρολυτικό λουτρό (0,1 mM, 0,25 mM και 0,5 mM). Ο χαρακτηρισμός των παρασκευασθέντων ημιαγωγικών συστημάτων πραγματοποιήθηκε ως προς την κρυσταλλική τους δομή μέσω περίθλασης ακτινών X (XRD) και ως προς την μορφολογία επιφάνειας και την σύσταση με τη βοήθεια ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM/EDAX). Ο προσδιορισμός του ενεργειακού διακένου έγινε μέσω φάσματος ανάκλασης με χρήση φασματοφωτόμετρου UV-VIS-NIR, ενώ η φωτοηλεκτροχημική τους συμπεριφορά μελετήθηκε σε ηλεκτροχημικό κελί (PEC). Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τον επιτυχή σχηματισμό τριμερών ημιαγωγικών συστημάτων της μορφής ZnxCdx-1Se, τα οποία είναι φιλικότερα προς τον άνθρωπο και το περιβάλλον σε σύγκριση με τον κλασικό ημιαγωγό CdSe, αφού έχει πραγματοποιηθεί, έστω μερική, υποκατάσταση του άκρως τοξικού Cd με Zn. Η συμπεριφορά και το εύρος του ενεργειακού διακένου των αποθεμάτων αυτών εξαρτώνται άμεσα από την ατομική σύσταση (x). Η εισαγωγή οργανικών ενώσεων οδήγησε σε υβριδικά συστήματα με εξαιρετικά διαφοροποιημένες ιδιότητες, μορφολογία, δομή και φωτοηλεκτροχημική συμπεριφορά, ιδιαιτέρως στις περιπτώσεις όπου στο σχηματισμό της τελικής δομής συμμετείχαν ταυτόχρονα φερροκένιο και οξαλικό άλας. Επιβεβαιώνεται η επιτυχής σύνθεση ενός νέου υβριδικού ημιαγωγικού παραγώγου, καθώς και ο σχηματισμός CdSe αμιγώς εξαγωνικής δομής, οδηγώντας τελικά σε φωτοηλεκτροχημικές αποδόσεις έως και 5 φορές μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες ηλεκτρολυτικά παρασκευασμένων αποθεμάτων καθαρού CdSe. Τα αποτελέσματα αυτά ανοίγουν το δρόμο για περαιτέρω διερεύνηση των πολλά υποσχόμενων υβριδικών συστημάτων με βάση τριμερή της μορφής ZnxCdx-1Se. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια, τέσσερα εκ των οποίων αναφέρονται στο θεωρητικό μέρος και δύο στο πειραματικό μέρος.