Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній
Дослiджено чотири новi гiбриднi комбiнацiї кремнiю з органiчною плiвкою гетероциклiчних ароматичних сполук фармацевтичного походження з функцiональними якостями
 перетворювача сонячної енергiї з ККД 8%, фотоприймача та випромiнювача. Гiбриди
 сформованi хiмiчним осадженням при кiмнат...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86713 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній / Т.Я. Горбач, П.С. Смертенко, Є.Ф. Венгер // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 12. — С. 82–87. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860080938440982528 |
|---|---|
| author | Горбач, Т.Я. Смертенко, П.С. Венгер, Є.Ф. |
| author_facet | Горбач, Т.Я. Смертенко, П.С. Венгер, Є.Ф. |
| citation_txt | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній / Т.Я. Горбач, П.С. Смертенко, Є.Ф. Венгер // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 12. — С. 82–87. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Дослiджено чотири новi гiбриднi комбiнацiї кремнiю з органiчною плiвкою гетероциклiчних ароматичних сполук фармацевтичного походження з функцiональними якостями
перетворювача сонячної енергiї з ККД 8%, фотоприймача та випромiнювача. Гiбриди
сформованi хiмiчним осадженням при кiмнатнiй температурi в результатi хемосорбцiї
функцiональних амiнових, амiдових, карбоксильних, тiольних, галогенних та фосфорних груп на патерн-поверхню кремнiю.
Исследовано четыре новые гибридные комбинации кремния с органической пленкой гетероциклических ароматических соединений фармацевтического происходження с функциональными свойствами преобразователя солнечной энергии с КПД 8%. Гибриды сформированы химическим осаждением при комнатной температуре в результате хемосорбции функциональных аминовых, амидовых, карбоксильных, тиольных, галогеновых и фосфорных групп на патерн-поверхность кремния.
Four new hybrid combinations of silicon with an organic film of heterocyclic aromatic compounds of
the pharmaceutical origin with functional properties of a solar energy converter with an efficiency
of 8% are investigated. Hybrids have been formed by the chemical deposition at room temperature as
a result of the chemisorption of functional amine, amide, carboxylic, thiol, halogen, and phosphoric
groups on the pattern silicon surface.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:16:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
12 • 2013
ФIЗИКА
УДК 537.312.5;621.383
Т.Я. Горбач, П.С. Смертенко,
член-кореспондент НАН України Є. Ф. Венгер
Функцiональнiсть гiбридiв ароматична сполука —
кремнiй
Дослiджено чотири новi гiбриднi комбiнацiї кремнiю з органiчною плiвкою гетероциклiч-
них ароматичних сполук фармацевтичного походження з функцiональними якостями
перетворювача сонячної енергiї з ККД 8%, фотоприймача та випромiнювача. Гiбриди
сформованi хiмiчним осадженням при кiмнатнiй температурi в результатi хемосорбцiї
функцiональних амiнових, амiдових, карбоксильних, тiольних, галогенних та фосфорних
груп на патерн-поверхню кремнiю.
Пошук та дослiдження гiбридiв, таких як органiчнi, бiонеорганiчнi сполуки, якi мають
комплексну мультифункцiональнiсть, є напрямком, що найбiльше дискутується у науковiй
спiльнотi i проходить на межi досягнень фiзики, хiмiї, бiологiї, медицини, фармакологiї. Це
виявило новi властивостi гiбридiв i можливостi нових використань у молекулярнiй електро-
нiцi, оптоелектронiцi, фотовольтаїцi, бiосенсорицi, клiнiчнiй практицi. Для таких гiбридiв
як неорганiчний матерiал все частiше використовують кремнiй з плоскою або поруватою
поверхнею, а як органiчнi матерiали — пiгменти, барвники, полiмери тощо [1–6].
Нами вперше крiм традицiйних матерiалiв, наприклад пентацену [7], були використанi
як органiчнi матерiали лiкарськi препарати тiамiн дiфосфат (вiтамiн В1), кордарон, ново-
каїн амiд, метамезол содiум (аналгiн) i патерн-поверхня Si. Структури сонячних елементiв
з коефiцiєнтом корисної дiї (ККД) 6 5–7% збiльшували його до 15%, а ККД 15–16% —
на 1%. Коли ж такi препарати наносилися на Si патерн-поверхню n-типу, можна було отри-
мати ККД вiд 1 до 4% при АМ 1,5. При цьому гiбриди формувалися з хiмiчного розчину
при кiмнатнiй температурi [8–10].
Для нагальностi картини та збiльшення ККД у цiй роботi використанi iншi лiкарсь-
кi препарати — левометицин, сульфацил натрiю, клонiдiн, цианокобаламiн (вiтамiн В12).
Останнiй може бути вiднесений до бiоматерiалiв, оскiльки його протеїновий молекулярний
комплекс є основою молекул дезонуклеїнової (ДНК) та рибонуклеїнової (РНК) кислот, а йо-
го коринове кiльце подiбне до порфиринового кiльця, яке є у хлорофiлi, гемi та цитохромi.
Експериментальна частина. Формування гiбридiв вiдбувалось на nSi хiмiчно травле-
них патерн-поверхнях у виглядi тетрагональних пiрамiд, якi здебiльшого використовуються
© Т.Я. Горбач, П.С. Смертенко, Є. Ф. Венгер, 2013
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №12
у фотовольтаїцi [11]. Осадження проводилося при кiмнатнiй температурi з хiмiчного роз-
чину лiкарського препарату. Розчинником були вода та пентахлорфенол C6Cl5OH, а також
їхня сумiш у пропорцiї 1 : 1. Нижче наведено молекулярнi формули речовин, що були
осадженi на Si [12].
1. Левометицин (ЛМ) [Д(-)трео-1-паранитрофенол]-2дихлорацетиламiно-11,3 пропан-
диол
2. Сульфацил натрiю (СН) сульфоацетамiд гiдрохлорид
3. Клонидин гiдрохлорид (КЛОН) 2-(2,6-дихлорфенил амiно) iмiдоаолiна гiдрохлорид
4. Цианокобаломiн (ЦКА) (вiтамiн B12) (Coα-[α-(5.6 диметил бензинiмiдазолил)-Coβ-ко-
бамицианид
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №12 83
Рис. 1. Оптимальна морфологiя гiбридiв (а) та фрагмент органiчної нитки (б )
Зразки Si занурювались у розчин до утворення на їхнiй поверхнi сiтки, як результат
з’єднання верхiвок пiрамiд органiчними нитками. Попереднiми дослiдженнями така мор-
фологiя була визнана оптимальною з точки зору функцiональностi гiбридiв i фiксувалась
оптичним мiкроскопом МII-4 з фотокамерою [9].
Функцiональнiсть гiбридiв визначалася фотовольтаїчними параметрами (ФП) та спект-
ральною характеристикою струму короткого замикання (Iкз), iнтенсивнiстю фотолюмiнес-
ценцiї (ФЛ) (Iфл) та наявнiстю функцiональних груп на їхнiх поверхнях.
ФП вимiрювалися на автоматизованiй установцi при стандартних умовах. Струм ко-
роткого замикання дослiджувався у дiапазонi 0,4–1,0 мкм. Для одержання спектрiв ФЛ
зразки опромiнювалися азотним лазером (λ = 0,337 мкм) i реєструвалися ФЕП у режимi
лiчби фотонiв. Осадженi органiчнi групи аналiзувались iнфрачервоним Фур’є-спектромет-
ром у режимi вiдбивання свiтла у дiапазонi 400–8000 см−1.
Результати та їх обговорення. Фунцiональнiсть гiбридiв виникала, коли на поверх-
ню Si осаджувалися функцiональнi групи вищеозначених сполук, якi є гетероциклiчними
ароматичними вуглеводнями з амiно-амiдними, карбоксильними, тiольними, пептидними та
iншими групами з утворенням плiвки з оптимальною морфологiєю та товщиною 20–40 нм.
Модифiкацiю поверхнi гiбридiв вiд пiрамiдальної до дендритної як результат функцiо-
налiзацiї ретельно описано в [9] та визначено оптимальну морфологiю для досягнення ба-
жаних характеристик. Для бiльшої наглядностi на рис. 1 наводиться фрагмент оптимальної
морфологiї у виглядi сiтки, яка формується як результат з’єднання верхiвок пiрамiд орга-
нiчними нитками, та фрагмент нитки, яка складається з мiкрониток, а тi, в свою чергу,
з нанониток та нанокрапок.
На рис. 2 наведено спектральнi характеристики струму короткого замикання Jкз
(рис. 2, а) i iнтенсивностi фотолюмiнесценцiї Jфл (рис. 2, б ). Видно, що для Jкз спектраль-
нi характеристики типовi для Si структур, за вийнятком гiбрида СН-Si, для якого маємо
плато вiд 650 до 800 нм. Щодо фотолюмiнесценцiї, то для H2O розчинiв КЛОН-Si має три
максимуми при 450, 530 та 820 нм (крива 1 ). При сумiшi H2O+C6Cl5OH крива 2 має ана-
логiчнi максимуми i зменшення iнтенсивностi ФЛ. Для ЦКА-Si λmax = 500, 800 нм i плече
у короткохвильовiй областi 400 нм.
Як видно з рис. 3, всi чотири гiбриди є фотоперетворювачами та мають ККД на рiвнi
2–7%. При тому найбiльший ККД становив 8,5% для гiбриду КЛОН-Si, осадженого з сумiшi
H2O + C6Cl5OH.
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №12
Рис. 2. Спектральнi залежностi струму короткого замикання (а) (1–3 — КЛОН-SI; 4 — СН-SI; 1–4 —
гiбриди, осадженi з водного розчину; 2 — з розчину C6Cl5OH; 3 — з сумiшi H2O+C6Cl5OH) та iнтенсивностi
фотолюмiнесценцiї (б ) (1–3 — КЛОН-SI; 4 — ЦКА-SI; 1, 2 — гiбриди, осадженi з водного розчину; 3 —
з сумiшi H2O+ C6Cl5OH)
Рис. 3. Залежнiсть ККД вiд рiвня освiтлюваностi для гiбридiв: 1–3 — КЛОН-SI; 4 — ЛМ-SI та СН-SI; 5 —
ЦКА-SI. Гiбриди 1, 4, 5 — гiбриди, осадженi з водних розчинiв; 2 — з розчину C6Cl5OH; 3 — з сумiшi
H2O+C6Cl5OH
Нижче наведено iншi фотовольтаїчнi параметри: струм короткого замикання Jкз, на-
пруга холостого ходу Vхх та фактор заповнення Φз.
Для AM-Si
Jкз = 25,55 мА/см−3, Vхх = 0,236 В, Фз = 0,33, ККД = 1,93% (2,6% при 63 мВт/см2);
для CH-Si
Jкз = 30,73 мА/см−3, Vхх = 0,281 В, Фз = 0,27, ККД = 2,03% (2,6% при 63 мВт/см2);
для КЛОН-Si (водний розчин)
Jкз = 36,52 мА/см−3, Vхх = 0,410 В, Фз = 0,39, ККД = 5,78% (5,97% при 65 мВт/см2);
для КЛОН-Si (сумiш H2O + C6Cl5OH)
Jкз = 40,21 мА/см−3, Vхх = 0,438 В, Фз = 0,35, ККД = 6,04% (8,42% при 25 мВт/см2);
для ЦКА-Si
Jкз = 33,44 мА/см−3, Vхх = 0,255 В, Фз = 0,37, ККД = 3,01% (3,75% при 64 мВт/см2).
Аналiз коливальних мод в IЧ спектрах вiдбиття вiд поверхнi гiбридiв показав, що утво-
рюється хiмiчний зв’язок Si з функцiональними групами, якi мають у своєму складi нiтро-
ген (амiни NHx=0,1,2, амiди OCN, цианонiтрили (CN), карбон або гiдрокарбон (CHx=1,2,3),
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №12 85
оксиген (гiдроксил OH, пептид CO), галоген (хлорамiн), фосфор (OPO(OH)2). Остання
група належить тiльки до вiтамiну В12. Найбiльше коливальних мод показують гiбриди
КЛОН-Si, утворенi сумiшшю розчинiв H2O + C6Cl5OH та з водного розчину вiтамiну В12.
Але оскiльки з фiзичної точки зору використанi для утворення гiбридiв речовини є донор-
но-акцепторнi комплекси, де OH, SH, NH2, Cl, B2, CH3 — донори електронiв, NO2, SO3,
H, COOH — акцептори електронiв, а COCH3, CHСl2, CH2NO2 амфотернi, можна вважати,
що на поверхнi Si створюються n− або p− шар, тобто бар’єрна структура. Не виключено,
що фостерiвський механiзм переносу носiїв та енергiї [13], а також антенний механiзм [14]
мають мiсце у гiбридах.
Робота виконана в рамках проекту 1.4.14. “Розроблення i створення низькотемпературних са-
моорганiзованих гiбридних гетероструктур для фотоперетворювачiв сонячної енергiї” Державної
цiльової науково-технiчної програми “Розроблення i створення сенсорних наукоємних продуктiв”.
1. Gunes S., Sariciftci N. S. Hybrid solar cell // Inorg. Chem. Acta. – 2008. – 361. – P. 581–585.
2. Goetzberger A., Hebling C., Schook H.W. Photovoltaic materials, history, status and outlook // Material
Sci. and Eng. – 2003. – R40. – P. 1–46.
3. Buryak J.M. Organometallic chemistry on silicon germanium surfaces // Chemic. Reviews. – 2002. – 102. –
P. 1271–1308.
4. Tao F., Bernasek S. L., Xu G.-Q. Electronic and structural factors in modification and functionalization of
clean and passivated semiconductor surfaces with aromatic systems // Ibid. – 2009. – 109. – P. 3991–4024.
5. Low S.P., Voelcker N. H, Canham L.T., Williams K.A. The biocompatibility of porous silicon in tissues
of eye // Biomaterials. – 2009. – 30, 15. – P. 2873–2880.
6. Chang X.L. Research and application of targeting nano-drugs // NanoBiomed. Eng. – 2011. – 3. – P. 73–83.
7. Wisz G., Virt I., Kuzma M. et al. Electrical properties of pentacene films obtained by pulsed laser deposi-
tion // Review on Adv. Material Sci. – 2010. – 23, No 2. – P. 229–233.
8. Gorbach T.Ya., Smertenko P. S., Svechnikov S. V., Kuzma M. Organic layer effect on Si solar cell perfor-
mance // Thin Solid Films. – 2006. – 511 – 512. – P. 494–497.
9. Gorbach T., Kostylyov V., Smertenko P. New organic materials for organic-inorganic silicon-based solar
cells // Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2011. – 535. – P. 174–178.
10. Венгер Є.Ф., Голотюк В.М., Горбач Т.Я., Панiн А. I., Смертенко П.С. Сенсибiлiзацiя та функцiо-
налiзацiя поверхнi та структур Si сонячних елементiв // Оптоэлектроника и полупроводниковая тех-
ника. – 2012. – Вип. 47. – С. 59–63.
11. Машковский M.Д. Лекарственные средства. – Moсква: Новая волна, 2000. – Т. 1. – 540 с.; Т. 2. –
608 с.
12. Sze S.M. Physics of semiconductor devices. – New York: Wiley, 1981. – 868 p.
13. Foster R. Organic charge-transfer complex. – London: Academic Press. – 1969.
14. Huber S., Calzaferri G. Energy transfer from Dye–Zeolite L antenna crystals to bulk silicon // Chem. Phys.
Chem. – 2004. – 5. – P. 239–242.
Надiйшло до редакцiї 21.05.2013.Iнститут фiзики напiвпровiдникiв
iм. В. Є. Лашкарьова НАН України, Київ
Т. Я. Горбач, П. С. Смертенко,
член-корреспондент НАН Украины Е.Ф. Венгер
Функциональность гибридов ароматическое соединение — кремний
Исследовано четыре новые гибридные комбинации кремния с органической пленкой гетеро-
циклических ароматических соединений фармацевтического происходження с функциональ-
ными свойствами преобразователя солнечной энергии с КПД 8%. Гибриды сформированы
химическим осаждением при комнатной температуре в результате хемосорбции функцио-
нальных аминовых, амидовых, карбоксильных, тиольных, галогеновых и фосфорных групп
на патерн-поверхность кремния.
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №12
T.Ya. Gorbach, P. S. Smertenko,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine E. F. Venger
Functionality of aromatic compound — silicon hybrids
Four new hybrid combinations of silicon with an organic film of heterocyclic aromatic compounds of
the pharmaceutical origin with functional properties of a solar energy converter with an efficiency
of 8% are investigated. Hybrids have been formed by the chemical deposition at room temperature as
a result of the chemisorption of functional amine, amide, carboxylic, thiol, halogen, and phosphoric
groups on the pattern silicon surface.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №12 87
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86713 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:16:29Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горбач, Т.Я. Смертенко, П.С. Венгер, Є.Ф. 2015-09-27T13:59:12Z 2015-09-27T13:59:12Z 2013 Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній / Т.Я. Горбач, П.С. Смертенко, Є.Ф. Венгер // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 12. — С. 82–87. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86713 537.312.5;621.383 Дослiджено чотири новi гiбриднi комбiнацiї кремнiю з органiчною плiвкою гетероциклiчних ароматичних сполук фармацевтичного походження з функцiональними якостями
 перетворювача сонячної енергiї з ККД 8%, фотоприймача та випромiнювача. Гiбриди
 сформованi хiмiчним осадженням при кiмнатнiй температурi в результатi хемосорбцiї
 функцiональних амiнових, амiдових, карбоксильних, тiольних, галогенних та фосфорних груп на патерн-поверхню кремнiю. Исследовано четыре новые гибридные комбинации кремния с органической пленкой гетероциклических ароматических соединений фармацевтического происходження с функциональными свойствами преобразователя солнечной энергии с КПД 8%. Гибриды сформированы химическим осаждением при комнатной температуре в результате хемосорбции функциональных аминовых, амидовых, карбоксильных, тиольных, галогеновых и фосфорных групп на патерн-поверхность кремния. Four new hybrid combinations of silicon with an organic film of heterocyclic aromatic compounds of
 the pharmaceutical origin with functional properties of a solar energy converter with an efficiency
 of 8% are investigated. Hybrids have been formed by the chemical deposition at room temperature as
 a result of the chemisorption of functional amine, amide, carboxylic, thiol, halogen, and phosphoric
 groups on the pattern silicon surface. Робота виконана в рамках проекту 1.4.14. “Розроблення i створення низькотемпературних самоорганiзованих гiбридних гетероструктур для фотоперетворювачiв сонячної енергiї” Державної цiльової науково-технiчної програми “Розроблення i створення сенсорних наукоємних продуктiв”. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Фізика Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній Функциональность гибридов ароматическое соединение кремний Functionality of aromatic compound silicon hybrids Article published earlier |
| spellingShingle | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній Горбач, Т.Я. Смертенко, П.С. Венгер, Є.Ф. Фізика |
| title | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| title_alt | Функциональность гибридов ароматическое соединение кремний Functionality of aromatic compound silicon hybrids |
| title_full | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| title_fullStr | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| title_full_unstemmed | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| title_short | Функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| title_sort | функціональність гібридів ароматична сполука — кремній |
| topic | Фізика |
| topic_facet | Фізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86713 |
| work_keys_str_mv | AT gorbačtâ funkcíonalʹnístʹgíbridívaromatičnaspolukakremníi AT smertenkops funkcíonalʹnístʹgíbridívaromatičnaspolukakremníi AT vengerêf funkcíonalʹnístʹgíbridívaromatičnaspolukakremníi AT gorbačtâ funkcionalʹnostʹgibridovaromatičeskoesoedineniekremnii AT smertenkops funkcionalʹnostʹgibridovaromatičeskoesoedineniekremnii AT vengerêf funkcionalʹnostʹgibridovaromatičeskoesoedineniekremnii AT gorbačtâ functionalityofaromaticcompoundsiliconhybrids AT smertenkops functionalityofaromaticcompoundsiliconhybrids AT vengerêf functionalityofaromaticcompoundsiliconhybrids |