KR101596443B1 - Composite nanostructure for photoelectrode and preparing method of the same - Google Patents

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강영수
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Abstract

The present invention relates to a composite nanostructure for a photoelectrode and a production method thereof. According to the present invention, the production method comprises the following steps: forming a transition metal oxide nanostructure layer on a transparent conductive base material; forming a semiconductor compound layer on the transition metal oxide nanostructure layer; and annealing the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer and then oxidizing an upper part of the semiconductor compound layer so as to form a transparent conductive oxide layer.

Description

광전극용 복합 나노구조체 및 이의 제조방법{COMPOSITE NANOSTRUCTURE FOR PHOTOELECTRODE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a composite nano-

본원은 광전극용 복합 나노구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composite nanostructure for a photoelectrode and a method of manufacturing the same.

다양한 유형의 광촉매 반도체 물질들 중에서, TiO2(Eg = 3.2 EV), ZnO(Eg = 3.2 EV), 및 WO3(Eg = 2.8 EV)와 같은, 금속 산화물은 표면의 높은 광촉매 활성, 긴 확산 거리, 및 손쉬운 합성 경로로 인해 폭 넓게 연구되어 왔다. 최근에, ZnO 나노막대 어레이는 연구자들로부터 상당한 관심을 끌어왔고, 이들 어레이의 고유한 1-차원성으로 인해 수많은 응용을 위한 유망한 물질로서 알려져 왔다. 높은 표면적이 있는 단일 결정 나노막대 및 수직으로 정렬된 전기 통로는 효율적인 전자 수송에 유리할 수 있다. 따라서, 더 두꺼운 막 소자에서 광자의 강한 흡수 및 효율적인 전하 수송이 모두 달성 가능할 수 있다. 또한, 쉽게 합성될 수 있고 재생될 수 있는 ZnO 나노막대는 대량 생산을 통해 제조될 수 있다. 그러나, 이 물질의 주된 단점은 넓은 밴드 갭이 가시광 영역의 흡수 및 사용을 제한한다는 것이다. 따라서, 가시광 영역에서 전자(electron)-정공(hole) 쌍을 발생시키기 위해서는, 좁은 밴드 갭-감광 물질이 ZnO 나노막대 어레이와 합성되어야만 한다. 가장 중요한 II-VI 반도체의 하나로서, CDS(Eg = 2.42 eV)가 넓은 밴드 갭 반도체를 수정하기 위한 상이한 접근법에 있어서 가장 폭넓게 연구되고 있다. 다양한 연구들이 두 가지 중요한 이유로 인해 ZnO 나노막대 어레이 상에 CdS의 성장 및 광촉매 활성의 향상을 보고해왔다. 첫 번째로, 이들 시스템들은 뛰어난 태양광 수집(harvesting)을 야기하는 좁은 밴드 갭 반도체를 이용하여 가시광을 활용할 수 있다. 두 번째로, 하나의 반도체 결정에서 다른 반도체로의 전하 수송이 전자-정공 재결합을 억제함으로써 전하 분리를 효율적으로 향상시킬 수 있다.Among various types of photocatalytic semiconductor materials, metal oxides, such as TiO 2 (E g = 3.2 EV), ZnO (E g = 3.2 EV), and WO 3 (E g = 2.8 EV) Long diffusion distance, and easy synthesis route. Recently, ZnO nanorod arrays have attracted considerable interest from researchers and have been known as promising materials for numerous applications due to the inherent 1-dimensional nature of these arrays. Single crystal nanorods with high surface area and vertically aligned electrical pathways can be beneficial for efficient electron transport. Thus, strong absorption of photons and efficient charge transport in a thicker film element may all be achievable. In addition, ZnO nanorods, which can be easily synthesized and can be regenerated, can be produced through mass production. However, a major disadvantage of this material is that a wide band gap limits the absorption and use of visible light regions. Therefore, in order to generate electron-hole pairs in the visible light region, a narrow bandgap-photosensitive material must be synthesized with the ZnO nanorod array. As one of the most important II-VI semiconductors, CDS (Eg = 2.42 eV) has been extensively studied in different approaches to modify wide bandgap semiconductors. Various studies have reported growth of CdS and improved photocatalytic activity on ZnO nanorod arrays for two important reasons. First, these systems can utilize visible light using narrow bandgap semiconductors that lead to superior solar harvesting. Secondly, charge transport from one semiconductor crystal to another semiconductor can suppress electron-hole recombination, thereby effectively improving charge separation.

ZnO 나노막대 어레이 상에 CdS의 성장이 갖는 한 가지 문제점은 전하 수송이 활성 경계면에서만 효과적이고, 전자-정공 재결합이 막의 두께가 증가함에 따라 증가하여, 결과적으로 광활성이 감소한다는 것이다.One problem with the growth of CdS on ZnO nanorods arrays is that charge transport is only effective at the active interface and electron-hole recombination increases as the film thickness increases, resulting in a decrease in photoactivity.

한편, 광전극용 복합 나노구조체와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2010-0028756호에서는 CdS/ZnO를 포함하는 반도체 나노결정에 대하여 개시하고 있다.On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0028756 discloses a semiconductor nanocrystal including CdS / ZnO with respect to a composite nanostructure for a photo electrode.

이에, 본원은 광전극용 복합 나노구조체 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a composite nanostructure for a photoelectrode and a method of manufacturing the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 전도성 투명 기재 상에 전이금속 산화물 나노구조체층을 형성하는 단계; 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 반도체 화합물층을 형성하는 단계; 및, 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 투명 전도성 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a transition metal oxide nanostructure layer on a conductive transparent substrate; Forming a semiconductor compound layer on the transition metal oxide nanostructure layer; And annealing the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer to form a transparent conductive oxide layer.

본원의 제 2 측면은, 전도성 투명 기재 상에 형성된 전이금속 산화물 나노구조체층; 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 반도체 화합물층; 및, 상기 반도체 화합물층에 형성된 투명 전도성 산화물층을 포함하며, 상기 투명 전도성 산화물층은 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 형성되는 것인, 광전극용 복합 나노구조체를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a transition metal oxide nanostructure layer formed on a conductive transparent substrate; A semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer; And a transparent conductive oxide layer formed on the semiconductor compound layer, wherein the transparent conductive oxide layer is formed by annealing the semiconductor compound layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer.

본원의 일 구현예에 따르면, CdS/ZnO 나노막대 어레이 주변에 CdO 층을 형성시킴으로써, 시스템 성능 및 IPCE 효율이 향상된 광전극용 복합 나노구조체를 제조할 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 얇은 CdO 층을 갖는 CdS 층의 표면을 조정하여 CdS/ZnO 나노막대 어레이의 광전화학적(photoelectrochemical; PEC) 특성을 향상시키기 위한 간단한 방법을 제공할 수 있으며, 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이와 비교하여 반도체 및 투명 전도성 산화물(transparent conducting oxide; TCO)로서, CdO의 피복 층이 CdS/ZnO 광전극의 광화학 활성을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a CdO layer is formed around a CdS / ZnO nanorod array, so that a composite nanostructure for a photoelectrode with improved system performance and IPCE efficiency can be manufactured. According to one embodiment of the present disclosure, the surface of a CdS layer having a thin CdO layer can be adjusted to provide a simple method for improving photoelectrochemical (PEC) characteristics of a CdS / ZnO nanorod array, wherein the CdS / As a semiconductor and a transparent conducting oxide (TCO) as compared with the ZnO nanorod array, the coating layer of CdO can improve the photochemical activity of the CdS / ZnO photoelectrode.

본원의 일 구현예에 따르면, 희생제를 포함하지 않는 전해질 용액에서 전극의 광반응에 있어서, CdO 층이 또한 CdS/ZnO 나노막대의 잘 알려진 광부식성 거동을 일부 억제하는 능력을 가지므로, 상기 CdO 층은 전해질과 직접 접촉하는 CdS/ZnO를 보호함으로써 CdS/ZnO 시스템의 잘 알려진 광부식성에 대해 어느 정도 부분적으로 보호할 수 있다.According to one embodiment of the present application, in the photoreaction of the electrode in an electrolyte solution containing no sacrificial agent, the CdO layer also has the ability to partially suppress the well-known photo-corrosive behavior of the CdS / ZnO nanorods, Protects the CdS / ZnO in direct contact with the electrolyte, thereby providing some degree of protection against the well-known photocorrosion of the CdS / ZnO system.

상기 본원의 일 구현예에 따른 광전극용 복합 나노구조체는, 소자의 광전화학 성능을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 수소 발생 또는 태양전지 디바이스를 위한 물 분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.The composite nanostructure for photoelectrode according to an embodiment of the present invention can remarkably improve the photochemical performance of the device and improve the efficiency of water decomposition reaction for hydrogen generation or solar cell device.

도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, ITO 유리 상에 형성된 ZnO 나노씨드(nanoseed) 층의 원자력현미경(AFM) 분석 결과이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 전구체 농도에 따른 ZnO 나노막대 어레이 막의 주사전자현미경(SEM) 이미지(상면 및 횡단면 뷰)이다: (a), (b) Zn(NO3)2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn(NO3)2 0.075 M + HA 0.075 M; 및 (e), (f) Zn(NO3)2 0.1 M + HA 0.1 M의 조건에서 형성됨.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지, (c) ZnO 나노막대의 투과전자현미경(TEM) 이미지(삽입된 패널(c)는 상기 ZnO 나노막대의 선택영역전자회절(SEAD) 패턴), 및 (d) CdS/ZnO 나노막대의 고해상도 투과전자현미경(HRTEM) 이미지이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지(상면 및 횡단면 뷰)이다: (a), (b) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c), (d) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (g), (h) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA 0.024 M의 조건에서 형성됨.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 500℃에서 Ar 및 공기 유동 하에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 즉, (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) Ar 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (c) 공기 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막 각각의 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, CdS/ZnO 나노막대의 에너지분산형 X-선(EDX) 분석 원소 맵핑 및 조성분석 결과이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 UV 스펙트럼이다: (a) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (b) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (c) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (d) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA 0.024 M의 조건에서 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막이며; (e) 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막임.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 500℃에서 상이한 시간 동안 Ar 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 X-선 회절(XRD) 패턴이다: (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) 500℃에서 0.5 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막 (c) 500℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (d) 500℃에서 2 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막임.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 온도로 공기 유동 하에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 XRD 패턴이다: (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) 400℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (c) 450℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (d) 500℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (e) 550℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (F) 600℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막임.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a), (b), (c) 소성 전/후의 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 X선 광전자 분광법(XPS) 이미지, 및 (d) CdO/CdS/ZnO의 HRTEM 이미지이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서, CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 HRTEM 이미지이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 막 표면과 접촉하는 프로브(probe)가 있는 나노막대 어레이 막, 즉, (a) CdS/ZnO 막, (b) ZnO 막, 및 (c) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 실온 전류-전압(I-V) 곡선이며, 삽입된 광학현미경 이미지는 막과 접촉하는 텅스텐 프로브를 나타낸 것이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 전류-전압 곡선이다: (a) 피복되지 않은(bare) ZnO 나노막대 어레이 막이며; (b) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (d) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (e) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA의 조건에서 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막임.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막, Ar 중에서 소성된 (d) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (c) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 0.0 V(Ag/AgCl)에서의 전류-전압 곡선 및 광반응 그래프이다.
도 15는, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) 500℃ / 1 시간, (b) 500℃ / 2 시간, 및 (c) 500 ℃ / 3 시간의 상이한 시간 동한 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지이며, (d) (1) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO, (2) 500℃ / 1 시간 동안 어닐링, (3) 500℃ / 2 시간 동안 어닐링, 및 (4) 500℃ / 3 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 전류-전압 그래프이다.
도 16은, 본원의 일 실시예에 있어서, 외부 전위 0.0 V 대 Ag/AgCl에서 파장의 함수로서 측정된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 입사광자에 대한 전류 변환 효율(IPCE)을 나타낸 그래프이다.
도 17은, 본원의 일 실시예에 있어서, CdO/CdS/ZnO 복합구조 나노막대 어레이의 제안된 밴드-엣지 다이어그램이다.
도 18의 좌측은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) ZnO/CdS 나노막대 어레이 막, 및 (c) ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 UPS 스펙트럼이고, 도 18의 우측은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) ZnO/CdS 나노막대 어레이 막, 및 (c) ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 원자가 밴드 자외선 광전자 분광법(UPS) 분석 그래프이다.
도 19는, 본원의 일 실시예에 있어서, Ar 중에서 어닐링된, ZnO, ZnO/CdS, ZnO/CdS/CdO, 및 ZnO/CdS 막의 시간-분해 PL 붕괴 그래프이다.
도 20은, 본원의 일 실시예에 있어서, (a) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이, 및 (c) ZnO 나노막대 어레이의, 0.25 M Na2SO4에서의 (0.0 V Ag/AgCl) 전류-전압 곡선 및 광반응 그래프이다.
1 is an atomic force microscope (AFM) analysis result of a ZnO nanosized layer formed on ITO glass in one embodiment of the present invention.
2 is a scanning electron microscope (SEM) image (top and cross-sectional views) of a ZnO nanorod array membrane according to one embodiment of the present invention with different precursor concentrations: (a), (b) Zn (NO 3 ) 2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn (NO 3 ) 2 0.075 M + HA 0.075 M; And (e), (f) Zn (NO 3 ) 2 0.1 M + HA 0.1 M.
(B) an SEM image of a CdS / ZnO nanorod array film; and (c) a transmission electron microscope (TEM) image of a ZnO nanorod. In the embodiment of the present invention, (Inserted panel (c) is a selective area electron diffraction (SEAD) pattern of the ZnO nanorods), and (d) high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images of CdS / ZnO nanorods.
Figure 4 is, in one embodiment of the present application, a CdS / ZnO nanorod array film SEM image (top view and cross-section view) formed by the CdS precursor of different concentrations: (a), (b) Cd (NO 3) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c), (d) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (g), (h) Cd (NO 3 ) 2 0.024 M + TAA 0.024 M.
5 is a schematic diagram of a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 500 < 0 > C and Ar air flow, i.e., (a) (C) an X-ray diffraction (XRD) pattern of each of the CdS / ZnO nanorod array films annealed in air.
FIG. 6 shows the results of analyzing the energy dispersive X-ray (EDX) element analysis of CdS / ZnO nanorods according to one embodiment of the present invention.
Figure 7 is a UV spectrum of a CdS / ZnO nanorod array membrane formed by different concentrations of CdS precursor in one embodiment of the present invention: (a) Cd (NO 3 ) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (b) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (c) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (d) a CdS / ZnO nanorod array film formed under the conditions of Cd (NO 3 ) 2 0.024 M + TAA 0.024 M; (e) uncoated ZnO nanorod array enclosure.
8 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of a CdS / ZnO nanorod array film annealed in Ar at 500 < 0 > C for different times in an embodiment of the present invention: (a) an unannealed CdS / ZnO nanorod (C) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 500 ° C for 1 hour, (d) annealing at 500 ° C for 2 hours, (c) CdS / ZnO nanorod array enclosure.
Figure 9 shows, in one embodiment of the present application, (A) an unannealed CdS / ZnO nanorod array membrane, (b) a CdS / ZnO nanorod array annealed at 400 < 0 > C for 1 hour, (C) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 450 ° C. for 1 hour, (d) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 500 ° C. for 1 hour, (e) And (F) a CdS / ZnO nanorod array pre-annealed at 600 < 0 > C for 1 hour.
10 shows X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) images of CdS / ZnO nanorod array films before and after firing (a), (b) and (c) in one embodiment of the present invention, and (d) CdO / CdS / HRTEM image of ZnO.
11 is an HRTEM image of a CdO / CdS / ZnO nanorod array membrane in one embodiment of the present invention.
Figure 12 shows a nanodevice array film with a probe in contact with the film surface, i.e., (a) a CdS / ZnO film, (b) a ZnO film, and (c) a CdO / Voltage (IV) curve of a CdS / ZnO nanorod array membrane, wherein the inserted optical microscope image shows a tungsten probe in contact with the membrane.
Figure 13 is a current-voltage curve of a CdS / ZnO nanorod array film formed by different concentrations of CdS precursor in one embodiment of the present invention: (a) a bare ZnO nanorod array film; (b) Cd (NO 3) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (d) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (e) CdS / ZnO nanorod array clusters formed under the conditions of Cd (NO 3 ) 2 0.024 M + TAA.
(B) a CdS / ZnO nanorod array; (c) a CdS / ZnO nanorod array; (c) a CdS / ZnO nanorod array; And (c) current-voltage curves and photoreactions at 0.0 V (Ag / AgCl) of CdS / ZnO nanorod array films.
15 shows, in one embodiment of the present invention, a method of fabricating an annealed CdS / ZnO nanorods (a) 500 ° C / 1 hour, (b) 500 ° C / 2 hours, and (c) (2) Annealing at 500 DEG C for 1 hour, (3) Annealing at 500 DEG C for 2 hours, and (4) Annealing at 500 DEG C / 3 hours Lt; RTI ID = 0.0 > CdS / ZnO < / RTI >
16 is a graph showing the current conversion efficiency (IPCE) for an incident photon of a CdS / ZnO nanorod array film measured as a function of wavelength at an external potential of 0.0 V vs. Ag / AgCl, in one embodiment of the present application.
17 is a proposed band-edge diagram of a CdO / CdS / ZnO complex structure nanorod array in one embodiment of the present invention.
18 is a UPS spectrum of (a) a ZnO nanorod array film, (b) a ZnO / CdS nanorod array film, and (c) a ZnO / CdS / CdO nanorod array film in an embodiment of the present invention (C) a ZnO / CdS / CdO nanorod array film in which the valence band of the ZnO / CdS nanorod array film is (a) ZnO nanorod array film, (b) ZnO / CdS nanorod array film, Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) analysis graph.
19 is a time-resolved PL decay graph of ZnO, ZnO / CdS, ZnO / CdS / CdO, and ZnO / CdS films annealed in Ar, in one embodiment of the present invention.
Figure 20 is, in one embodiment of the present application, (a) CdO / CdS / ZnO nanorods array, (b) CdS / ZnO nanorods array, and (c) ZnO nano rod arrays, 0.25 M Na 2 SO 4 (0.0 V Ag / AgCl) current-voltage curve and a photoreaction graph.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is "on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.The terms "about "," substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.The word " step (or step) "or" step "used to the extent that it is used throughout the specification does not mean" step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
Hereinafter, embodiments of the present invention are described in detail, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 전도성 투명 기재 상에 전이금속 산화물 나노구조체층을 형성하는 단계; 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 반도체 화합물층을 형성하는 단계; 및, 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 투명 전도성 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a transition metal oxide nanostructure layer on a conductive transparent substrate; Forming a semiconductor compound layer on the transition metal oxide nanostructure layer; And annealing the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer to form a transparent conductive oxide layer.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전도성 산화물층은 CdO를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent conductive oxide layer may include, but not limited to, CdO.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 산화물은 Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, But may be, but not limited to, oxides of those selected from the group consisting of:

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반도체 화합물층은 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe, MgSe 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the semiconductor compound layer is CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS 2, In (CuGa) Se 2, Sb 2 S 3, Sb 2 Se 3, Sb 2 Te 3, SnS x (1≤x≤2), NiS, CoS , FeS x (1 x 2 ), In 2 S 3 , MoS, MoSe, Cu 2 S, HgTe, MgSe, and combinations thereof. have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체층은 나노막대 어레이, 나노플레이트, 나노입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노막대 어레이는 디바이스 적용분야에서 유용한 특성들을 갖는다. 상기 나노막대 어레이의 특성은 나노스케일과 관련하여 매우 큰 표면적과 수직으로 길게 연장된 구조를 포함하는데, 이는 화학적, 촉매적 또는 다른 반응 속도(kinetics)를 향상시키는데 유용하다. 또한 수직으로 정렬되고 측면으로 이격된 어레이 구조와 함께 높은 종횡비를 가지는 날카로운 팁 모양은 전계 방출 에미터(emitter) 적용분야에서 유용하게 적용될 수 있다.In one embodiment of the invention, the nanostructure layer may include, but is not limited to, nanowire arrays, nanoplates, nanoparticles, and combinations thereof. For example, the nanorod array has properties that are useful in device applications. The nature of the nanorod array includes very large surface area and vertically elongated structure in relation to nanoscale, which is useful for improving chemical, catalytic or other kinetics. A sharp tip shape with a high aspect ratio, as well as a vertically aligned and laterally spaced array structure, can be usefully applied in field emission emitter applications.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 어닐링은 산소-함유 분위기 또는 공기 분위기 하에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 산소 또는 공기 함유 분위기와 같은 산화성 분위기에서 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시킴으로써, 투명 전도성 산화물을 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the annealing may be performed in an oxygen-containing atmosphere or an air atmosphere, but the present invention is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the transparent conductive oxide can be formed by annealing the semiconductor compound layer formed on the nanostructure layer in an oxidizing atmosphere such as oxygen or air-containing atmosphere to oxidize the upper portion of the semiconductor compound layer.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 어닐링의 온도는 약 400℃ 내지 약 600℃인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 어닐링 온도는 약 400℃ 내지 약 600℃, 약 450℃ 내지 약 600℃, 약 500℃ 내지 약 600℃, 약 550℃ 내지 약 600℃, 약 400℃ 내지 약 550℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 또는 약 400℃ 내지 약 450℃인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment herein, the annealing temperature may be from about 400 ° C to about 600 ° C, but is not limited thereto. For example, the annealing temperature may be from about 400 캜 to about 600 캜, from about 450 캜 to about 600 캜, from about 500 캜 to about 600 캜, from about 550 캜 to about 600 캜, from about 400 캜 to about 550 캜, Deg.] C to about 500 [deg.] C, or from about 400 [deg.] C to about 450 [deg.] C.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 투명 기재는 투명 기재 상에 투명 전극(투명 전도성 필름)을 증착하여 제조할 수 있다. 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 갖는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 상기 전도성 투명 기재는 당업계에서 사용되는 통상적인 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 투명 기재 상에, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, 및 SnO2-Sb2O3 중 어느 하나를 포함하는 투명 전극이 코팅된 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 기재는 유리 기재 또는 투명 고분자 기재일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 전도성 투명 전극은, 전도성, 투명성, 및 내열성이 우수한 산화주석(SnO2), 또는 비용면에서 저렴한 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 유연성을 갖는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 투명 고분자 기재로서, 예를 들어, 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 또는 이들의 공중합체 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 전도성 투명 기재는, 태양광과 같은 빛이 투과되어 내부로 입사됨으로써 광전극으로서 이용할 수 있도록 하기 위함이다. 그리고, 본원 명세서 전체에서 "투명"이라는 단어의 의미는, 소재의 광 투과율이 100% 인 경우뿐만 아니라 광 투과율이 약 80% 이상으로 높은 경우를 모두 포함한다.In one embodiment of the present invention, the conductive transparent substrate can be produced by depositing a transparent electrode (transparent conductive film) on a transparent substrate. The transparent material may be any material having transparency so that external light can be incident thereon. The conductive transparent substrate may be selected from conventional ones used in the art, and may be formed of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), ZnO-Ga 2 O 3 , ZnO-Al 2 O 3 , and SnO 2 -Sb 2 O 3 may be used, but the present invention is not limited thereto. For example, the transparent substrate may be a glass substrate or a transparent polymer substrate, but may not be limited thereto. The conductive transparent electrode may include, but is not limited to, tin oxide (SnO 2 ) having excellent conductivity, transparency, and heat resistance, or indium tin oxide (ITO), which is inexpensive. The transparent material may be any material having transparency so that external light can be incident thereon, without any particular limitation. For example, a glass material or a transparent polymer material having flexibility may be used. (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), triacetyl cellulose (TAC), or the like as the transparent polymer base material. Copolymers thereof, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto. The conductive transparent substrate is intended to allow light such as sunlight to be transmitted therethrough and to be used as a photoelectrode. The term "transparent" in the present specification includes not only the case where the light transmittance of the material is 100% but also the case where the light transmittance is as high as about 80% or more.

본원의 제 2 측면은, 전도성 투명 기재 상에 형성된 전이금속 산화물 나노구조체층; 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 반도체 화합물층; 및 상기 반도체 화합물층에 형성된 투명 전도성 산화물층을 포함하며, 상기 투명 전도성 산화물층은 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 형성되는 것인, 광전극용 복합 나노구조체를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a transition metal oxide nanostructure layer formed on a conductive transparent substrate; A semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer; And a transparent conductive oxide layer formed on the semiconductor compound layer, wherein the transparent conductive oxide layer is formed by annealing the semiconductor compound layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전도성 산화물층은 CdO를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent conductive oxide layer may include, but not limited to, CdO.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 산화물은 Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것의 산화물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, But may be, but not limited to, oxides of those selected from the group consisting of:

상기 본원의 일 구현예에 있어서, 광전극용 복합 나노구조체는, 소자의 광전화학 성능을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 수소 발생 또는 태양전지 디바이스를 위한 물 분해 반응의 효율을 향상시킬 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the composite nanostructure for a photo electrode can remarkably improve the photochemical performance of the device and improve the efficiency of water decomposition reaction for hydrogen generation or solar cell device.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[[ 실시예Example ]]

물질: 아세트산 아연 (Zn(ac)2, Aldrich 98%), 디에탄올 아민 (Aldrich 99%), 에탄올 (Aldrich, 99.9%), 뮤카졸 (mucasol, Merz), 질산 아연 수화물 (Zn(No3)2, Aldrich 99.999%), 헥사메틸렌테트라민 (HA, Aldrich 99.5%), 질산 카드뮴 (Cd(NO3)2, Junsei 98%), 및 티오아세트아미드 (thioacetamide; TAA, Junsei 98%)가 추가 정제없이 사용되었다. ITO-코팅된 유리는 3% 뮤카졸 용액에서 초음파를 이용하여 (1 회) 세척하고, 30분 동안 증류된 탈 이온수(DDW)를 이용하여 (3 회) 세척하였다.
Matter: zinc acetate (Zn (ac) 2, Aldrich 98%), diethanolamine (Aldrich 99%), ethanol (Aldrich, 99.9%), Mu kajol (mucasol, Merz), zinc nitrate hydrate (Zn (No 3) 2 , Aldrich 99.999%), hexamethylenetetramine (HA, Aldrich 99.5%), cadmium nitrate (Cd (NO 3 ) 2 , Junsei 98%) and thioacetamide (TAA, Junsei 98% . The ITO-coated glass was washed (3 times) with ultrasonic waves (1 time) in 3% mucouscaol solution and washed with distilled deionized water (DDW) for 30 minutes (3 times).

<< ZnOZnO 나노막대의Nanorod 성장> Growth>

디에탄올 아민(13 mg)을 포함한 50 mL의 에탄올 중에서 2.5 × 10-3 M Zn(ac)2의 용액을 60℃에서 1 시간 동안 교반하였다. 이후, 상기 ITO-코팅된 유리는 상기 제조된 용액에 의하여 3 회 스핀 코팅되었다. 상기 코팅된 ITO 유리를 500℃에서 30 분 동안 소성하여 ZnO 씨드(seed) 층을 수득하였다. Zn(NO3)2 및 HA의 몰당량 용액은, 도 2에 나타낸 바와 같이, (a), (b) Zn(NO3)2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn(NO3)2 0.075 M + HA 0.075 M; 및 (e), (f) Zn(NO3)2 0.1 M + HA 0.1 M의 상이한 농도로 제조되었다. ZnO 씨드 층을 포함하는 ITO 유리가 상기 제조된 용액 50 mL에 침지되었고, 오토클레이브(autoclave)에서 하방 45°로 기울였다. 수열 처리는 60℃에서 2 시간, 70℃에서 2 시간, 이후 80℃에서 2 시간, 및 최종적으로 90℃에서 2 시간 동안 수행되었으며, 이에 따라 ZnO 나노막대 어레이 막이 제조되었다. 상기 ZnO 나노막대 어레이 막은 모든 잔여물을 제거하기 위해 다량의 DDW을 이용하여 수 회 세척되었다.
A solution of 2.5 × 10 -3 M Zn (ac) 2 in 50 mL of ethanol containing diethanolamine (13 mg) was stirred at 60 ° C. for 1 hour. Thereafter, the ITO-coated glass was spin-coated three times by the solution prepared above. The coated ITO glass was baked at 500 DEG C for 30 minutes to obtain a ZnO seed layer. The molar equivalents of Zn (NO 3 ) 2 and HA were prepared by adding (a), (b) Zn (NO 3 ) 2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn (NO 3 ) 2 0.075 M + HA 0.075 M; And (e), (f) Zn (NO 3 ) 2 0.1 M + HA 0.1 M. ITO glass containing a ZnO seed layer was immersed in 50 mL of the prepared solution and tilted downward at 45 DEG in an autoclave. The hydrothermal treatment was carried out at 60 ° C for 2 hours, at 70 ° C for 2 hours, then at 80 ° C for 2 hours, and finally at 90 ° C for 2 hours, whereby a ZnO nanorod array membrane was prepared. The ZnO nanorod array membrane was washed several times with a large amount of DDW to remove all residues.

<< ZnOZnO 나노막대Nanorod 어레이 상에  On the array CdSCdS 층의 증착> Deposition of layers>

Cd(NO3)2 및 TAA 몰당량 용액이, 도 4에 나타낸 바와 같이, (a), (b) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c), (d) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (g), (h) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA 0.024 M의 상이한 농도로 제조되었다. 본 실시예에 따라 제조된 ZnO 나노막대 어레이 막은 상기 제조된 용액 50 mL에 침지되었고, 오토클레이브에서 하방 45°로 기울였다. 이후, 상기 침지된 용액은 80℃에서 8 시간 동안 오븐에 보관되었다. 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은 모든 잔여물을 제거하기 위해 다량의 DDW로 수 회 세척되었다.
Cd (NO 3 ) 2 and TAA molar equivalents of the compound (a), (b) Cd (NO 3 ) 2 0.003 M + TAA 0.003 M as shown in FIG. (c), (d) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (g), (h) Cd (NO 3) was prepared in two different concentrations of 0.024 M + 0.024 M TAA. The ZnO nanorod array film prepared according to this example was immersed in 50 mL of the prepared solution and tilted downward at 45 DEG from the autoclave. Thereafter, the immersed solution was stored in an oven at 80 DEG C for 8 hours. The CdS / ZnO nanorod array membrane was washed several times with a large amount of DDW to remove all residues.

<< CdOCdO // CdSCdS // ZnOZnO 나노막대Nanorod 어레이의 제조> Fabrication of arrays>

상기 제조된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은 500℃에서 1 시간 동안 공기 유동 하에서 어닐링되었다. 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 안정성을 유지하기 위해, 가열 속도는 50℃/시간으로 설정되었다. 50℃/시간보다 높은 가열 속도에서 어닐링된 상기 막은 광전류를 확인하기 위한 후속 공정 동안에 흠집이 생기거나 파괴되었다.
The prepared CdS / ZnO nanorod array membrane was annealed at 500 ° C for 1 hour under air flow. In order to maintain the stability of the CdS / ZnO nanorod array film, the heating rate was set at 50 ° C / hour. The film annealed at a heating rate higher than 50 DEG C / hour was scratched or destroyed during the subsequent process for identifying the photocurrent.

<광전류 측정><Photocurrent Measurement>

상기 ZnO, ZnO/CdS, 및 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막 전극(직경=1.3 cm)의 광전화학적 특성은 PL-9 Potentiostat/Galvanostat를 이용하여 측정되었다. 0.35 M Na2S(Aldrich, 98%) 및 0.25 M Na2SO3(Aldrich 98%)의 용액을 전해질로서 함유하는 3-전극 전지는 기준전극으로서 포화된 KCl 내에 Ag/AgCl을, 상대전극으로서 Pt 와이어를, 그리고 작업전극으로서 상기 ZnO, ZnO/CdS, 및 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막, 각각을 포함한다. 외부 전기 전압은 10 mV s-1의 스캐닝 속도로 -1.3 V 내지 +1.0 V로 적용되었다. 전위(I-V)에 대한 광전류의 곡선은 암 조건 또는 광 조건 하에서 얻어졌다. 대시간전류법(chronoamperometry) 곡선은 0.0 V에서 측정되었다. 상기 막들은 막 표면의 앞쪽에서 1 sun(100 mW cm-2, 스펙트럼으로 수정)의 강도를 가지는 HAL AM 1.5 G 필터를 포함하는 300 W Xenon 램프(Asahi Spectra HAL-320, 오존 없음)로부터 모사된 태양광에 의해 조사되었다. 입사광자에 대한 변환효율(IPCEs)은 하기 식으로부터 유도되었다:The photoelectrochemical properties of the ZnO, ZnO / CdS, and ZnO / CdS / CdO nanorod array membrane electrodes (diameter = 1.3 cm) were measured using PL-9 Potentiostat / Galvanostat. A three-electrode cell containing as a electrolyte a solution of 0.35 M Na 2 S (Aldrich, 98%) and 0.25 M Na 2 SO 3 (Aldrich 98%) contained Ag / AgCl in saturated KCl as a reference electrode, Pt wire, and ZnO, ZnO / CdS, and ZnO / CdS / CdO nanorod array films, respectively, as the working electrode. The external electrical voltage was applied at -1.3 V to +1.0 V with a scanning speed of 10 mV s -1 . The curve of photocurrent to potential (IV) was obtained under dark or light conditions. A chronoamperometry curve was measured at 0.0 V. The films were simulated from a 300 W Xenon lamp (Asahi Spectra HAL-320, without ozone) containing a HALAM 1.5 G filter with an intensity of 1 sun (100 mW cm -2 , spectrally corrected) in front of the membrane surface It was irradiated by sunlight. The conversion efficiencies (IPCEs) for incident photons are derived from the following equation:

IPCEs = [Isc(mA/㎠) × 1240 (W.nm / A)] / [Plight (MW / cm2) × λ (nm)];IPCEs = [I sc (mA / cm 2) x 1240 (W. nm / A)] / [P light (MW / cm 2 ) x? (Nm)];

단락 전류(Isc)는 광전류 밀도이고, P는 단색광의 세기이고, λ는 단색광의 파장임.
The short circuit current (I sc ) is the photocurrent density, P is the intensity of monochromatic light, and? Is the wavelength of the monochromatic light.

<특성<Characteristics 분석>Analysis>

상기 ZnO, ZnO/CdS, 및 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지는 FE-SEM(Hitachi S-4300)를 이용하여 수득되었다. TEM 이미지, SAED 패턴, 및 화학 조성은 200 keV의 가속에서 에너지 분산형 X-선(EDX)과 함께 JEOL 투과 전자 현미경(JEM 2100F)을 이용하여 수득되었다. 간략히, 상기 막은 하기와 같이 제조되었다: 소량의 ZnO, ZnO/CdS, 및 ZnO/CdS/CdO 각각의 분말 샘플이 에탄올(99.9%)에 분산되었고, 한 방울의 상기 분산 혼합물이 탄소-코팅된 미세 구리 그리드(300 메쉬 크기) 위에 위치되었다. 상기 샘플의 XRD 패턴은 10°≤ 2θ ≤ 90°의 2θ 범위에서 단계당 0.02°의 스캐닝 속도로 40 kV 및 150 mA에서 Rigaku X-선 회절의 Cu Kα 방사선(λ=1.54056 Å)을 이용하여 기록되었다. 샘플의 확산 반사율 UV-Vis 스펙트럼은 적분구(integrating shere)가 장착된 Varian Cary 5000 UV-Vis-NIR 분광광도계를 이용하여 수득되었다. 상기 막의 표면 상태는 XPS(모델: SIGMA PROBE, ThermoVG, 영국)를 이용하여 분석되었다. XPS 스펙트럼은 15 kV 및 15 mA에서 단색광 Al Kα 광자 소스를 이용하여 수득되었다. 피크의 결합에너지는 286.14 eV에서 C(1s) 피크에 대하여 보정되었다. UPS 측정은 UV 소스 He I(21.2 eV)를 이용하여 AXIS Ultra DLD(KRATOS Inc.)로 한국기초과학지원연구원(KBSI)에서 수행되었고, 초 고진공 챔버에서 5 eV의 일정한 통과 에너지를 이용하여 기록하였다. 시간-분해 PL 전하 수명 측정은 여기 레이저 소스 375 nm 및 검출 파장 600 nm를 이용하는 Micro Time-200(PicoQuant, 독일)을 사용하여 수행되었다. 표면형상(topographic) AFM 이미지는 질화규소 팁을 이용한 접촉모드에서 Nanoscope III(Digital Instrument)를 이용하여 실온에서 기록되었다. 상기 막의 I-V 특징적인 곡선은 실온에서 Keithley 모델 420-SCS 반도체 특성 시스템으로 측정되었고, 이로부터 DC 전압을 얻을 수 있고, 전류를 측정할 수 있다. 텅스텐 프로브는 전기 측정을 하기 위해 비교적 동일한 거리에서 막의 표면에 접촉하여 전극으로서 사용되었다.
SEM images of the ZnO, ZnO / CdS, and ZnO / CdS / CdO nanorod array films were obtained using FE-SEM (Hitachi S-4300). TEM images, SAED patterns, and chemical compositions were obtained using a JEOL transmission electron microscope (JEM 2100F) with energy dispersive X-ray (EDX) at an acceleration of 200 keV. Briefly, the membrane was prepared as follows: Powder samples of each of ZnO, ZnO / CdS and ZnO / CdS / CdO in small amounts were dispersed in ethanol (99.9%) and one drop of the dispersion mixture was mixed with carbon- It was placed on a copper grid (300 mesh size). The XRD pattern of the sample was recorded using Cu K? Radiation (? = 1.54056 Å) of Rigaku X-ray diffraction at 40 kV and 150 mA at a scanning rate of 0.02 ° per step in the 2θ range of 10 ° ≤ 2θ ≤ 90 ° . Diffusion reflectance of the samples The UV-Vis spectra were obtained using a Varian Cary 5000 UV-Vis-NIR spectrophotometer equipped with an integrating shake. The surface state of the membrane was analyzed using XPS (Model: SIGMA PROBE, ThermoVG, UK). XPS spectra were obtained using monochromatic Al K? Photon sources at 15 kV and 15 mA. The binding energy of the peak was calibrated against the C (1s) peak at 286.14 eV. UPS measurements were performed with the AXIS Ultra DLD (KRATOS Inc.) at the Korea Basic Science Institute (KBSI) using a UV source He I (21.2 eV) and recorded using a constant pass energy of 5 eV in the ultrahigh vacuum chamber . Time-resolved PLP charge lifetime measurements were performed using a Micro Time-200 (PicoQuant, Germany) using excitation laser source 375 nm and detection wavelength 600 nm. Topographic AFM images were recorded at room temperature using Nanoscope III (Digital Instrument) in contact mode with silicon nitride tip. The IV characteristic curve of the membrane was measured at room temperature with a Keithley model 420-SCS semiconductor characterization system from which a DC voltage can be obtained and a current can be measured. The tungsten probe was used as an electrode in contact with the surface of the membrane at a comparable distance to make electrical measurements.

잘 알려진 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막 시스템의 성능 및 광촉매 활성은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막 상에, 투명 전도성 산화물(TCO)인 CdO 층의 층간 헤테로접합 구조 제작에 의해 현저히 개선되었다. 따라서, 약 5-10 nm 두께의 CdO 층은 공기 환경 하에서 500℃에서 어닐링(annealing) 공정 후에 CdS/ZnO 나노막대 어레이 주변에 형성될 수 있다. 0.0 V 대 Ag/AgCl의 외부 전위에서, 상기 CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 전극은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 전극보다 현저하게 높이 증가된 입사광자에 대한 전류 변환 효율(incident photon to conversion efficiency: IPCE)을 나타낸다. 헤테로접합 구조의 경계면(interface)에서 전자와 홀(hole) 사이의 높은 전하 분리는 광애노드(photoanode) 물질의 특정한 밴드 에너지 구조로부터 생성되고, CdO 층의 고유한 높은 전도성은 전자-홀 재결합의 억제에서 기인하며, 이러한 억제는 CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이의 광전류 밀도를 향상시킨다. 공기 환경 하에서 어닐링 공정 후에 외부 CdO 층이 CdS/ZnO 나노막대 어레이 주변에 형성됨으로써, 복합 나노구조체인, CdO/CdS/ZnO 헤테로접합 나노막대 어레이 막 전극은 소자의 광전화학 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다. 시스템에서 광발생된 전하 캐리어 분리를 위해 제안된 메커니즘은 전극의 광촉매 활성의 향상을 입증한다.The performance and photocatalytic activity of the well-known CdS / ZnO nanorod array membrane system was significantly improved on the CdS / ZnO nanorod array membrane by the interlayer heterojunction structure of the CdO layer, which is a transparent conductive oxide (TCO). Thus, a CdO layer about 5-10 nm thick can be formed around the CdS / ZnO nanorod array after an annealing process at 500 &lt; 0 &gt; C in an air environment. At an external potential of 0.0 V versus Ag / AgCl, the CdO / CdS / ZnO nanorod array electrode exhibited a significantly higher incident photon to conversion efficiency (IPCE) than the CdS / ZnO nanorod array electrode ). The high charge separation between electrons and holes at the interface of the heterojunction structure is generated from the specific band energy structure of the photoanode material and the inherent high conductivity of the CdO layer leads to the suppression of electron- , And this inhibition improves the photocurrent density of the CdO / CdS / ZnO nanorod array. Since the outer CdO layer is formed around the CdS / ZnO nanorod array after the annealing process in the air environment, the CdO / CdS / ZnO heterojunction nanodrode array film electrode, which is a complex nanostructure, can significantly improve the photochemical performance of the device have. The proposed mechanism for photogenerated charge carrier separation in the system demonstrates the improvement of the photocatalytic activity of the electrode.

본 실시예에 따르면, 희생제를 포함하지 않는 전해질 용액에서 전극의 광반응은, CdO 층이 또한 CdS/ZnO 나노막대의 잘 알려진 광-부식성 거동을 일부 억제하는 능력을 갖는다는 것을 나타낸다. 상기 CdO 층은 전해질과 직접 접촉하는 CdS/ZnO를 보호함으로써 CdS/ZnO 시스템의 잘 알려진 광-부식성에 대해 어느 정도 부분적으로 보호한다. 그러나, CdO 층은 다공성 층이므로, 전해질이 그 자체를 투과할 수 있다. 따라서, 상기 CdO 층은 시스템을 완전히 보호할 수는 없다. 상기 단순한 CdO/CdS/ZnO 시스템은 수소 발생 또는 태양전지 디바이스를 위한 물 분해 반응의 효율을 향상시키기 위해 추가 적용될 수 있다.
According to this embodiment, the photoreaction of the electrode in the electrolyte solution without the sacrificial agent indicates that the CdO layer also has the ability to partially suppress the well-known photo-corrosive behavior of the CdS / ZnO nanorods. The CdO layer protects to some extent the well-known photo-corrosivity of the CdS / ZnO system by protecting the CdS / ZnO in direct contact with the electrolyte. However, since the CdO layer is a porous layer, the electrolyte can permeate itself. Therefore, the CdO layer can not completely protect the system. The simple CdO / CdS / ZnO system can be further applied to improve the efficiency of the hydrogen generation or water decomposition reaction for a solar cell device.

도 1은 ITO 유리 상에 ZnO 나노씨드 층의 원자력현미경(atomic force microscopy; AFM) 분석 이미지로서, 평균 거칠기(Sa) 및 평균제곱근(root mean square roughness; Sq) 값은, ZnO 나노씨드 막의 표면의 형태(morphology)가 ITO 표면의 형태와 유사함을 나타낸다. ZnO 나노씨드 막의 평활도는 고도로 정렬된 ZnO 나노막대 어레이를 수득하기 위해 요구되는 요인 중의 하나이다.FIG. 1 is an atomic force microscopy (AFM) analysis image of a ZnO nano seed layer on ITO glass. The mean roughness (Sa) and root mean square roughness (Sq) Indicating that the morphology is similar to that of the ITO surface. The smoothness of the ZnO nano-seed film is one of the factors required to obtain a highly ordered ZnO nanorod array.

도 2는 Zn(NO3)2 및 헥사메틸렌테트라민(hexamethylentetramine; HA)의 몰당량(equimolar) 반응 용액의 상이한 농도에 있어서 ZnO 나노막대 어레이 막의 상면 및 횡단면 뷰의 주사전자현미경(scanning electron microscopy; SEM) 이미지를 나타낸다. 도 2에 있어서, (a), (b) Zn(NO3)2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn(NO3)2 0.075 M + HA 0.075 M; 및 (e), (f) Zn(NO3)2 0.1 M + HA 0.1 M을 나타낸 것이며, ZnO 나노막대의 길이 및 직경은 Zn(NO3)2 전구체의 농도 증가와 함께 증가한다. 0.05 M의 전구체 농도에 있어서, 약 100 nm의 직경 및 약 2.5 ㎛의 길이를 가진 ZnO 나노막대 어레이가 수득되었다. 0.1 M의 전구체 농도에 있어서, 이들 값은, 각각, 150 nm 및 3.0 ㎛이다. 온도의 점진적 증가는 또한 ZnO 나노막대의 느린 성장을 야기한다. 게다가, ZnO 나노막대 어레이 밀도는 또한 상기 전구체의 농도가 증가할 시에 상응하여 증가한다. 따라서, 제어된 길이, 직경, 및 밀도를 갖는 ZnO 나노막대 어레이의 박막이 쉽게 수득될 수 있다. 도 2의 횡단면 SEM 이미지는, 0.1 M의 몰당량 전구체 농도에서, ZnO 나노막대의 밀도가 막대 사이에서 공간을 남기기에는 너무 높다는 것을 나타낸다. 도 2(e), (f)에 나타낸 바와 같이, ZnO 나노막대 어레이 막이 대체로 조밀하여, 후속 단계의 CdS 증착이 어려울 수 있다. 0.075 M에서 몰당량 전구체의 농도를 최적화함으로써, 150 nm 내지 200 nm의 직경 및 3.0 ㎛의 길이를 갖는 ZnO 나노막대 어레이가 수득될 수 있었으며, 상기 ZnO 나노막대 어레이 막은 CdS 층의 후속 증착에 적합하고, 추가 단계에서 사용될 것이다. 2 is a scanning electron microscopy (SEM) image of the top and cross-sectional views of ZnO nanorod array films at different concentrations of molar equimolar reaction solution of Zn (NO 3 ) 2 and hexamethylenetetramine (HA). SEM) image. 2, (a), (b) Zn (NO 3 ) 2 0.05 M + HA 0.05 M; (c), (d) Zn (NO 3 ) 2 0.075 M + HA 0.075 M; And (f) Zn (NO 3 ) 2 0.1 M + HA 0.1 M, and the length and diameter of the ZnO nanorods increase with increasing concentration of the Zn (NO 3 ) 2 precursor. At a precursor concentration of 0.05 M, a ZnO nanorod array having a diameter of about 100 nm and a length of about 2.5 [mu] m was obtained. For a precursor concentration of 0.1 M, these values are 150 nm and 3.0 탆, respectively. The gradual increase in temperature also causes slow growth of the ZnO nanorods. In addition, the ZnO nanorod array density also increases correspondingly as the concentration of the precursor increases. Thus, a thin film of a ZnO nanorod array having a controlled length, diameter, and density can be easily obtained. The cross-sectional SEM image of Figure 2 shows that at a molar equivalent precursor concentration of 0.1 M, the density of ZnO nanorods is too high to leave space between the rods. As shown in Figs. 2 (e) and 2 (f), the ZnO nanorod array films are generally dense, and subsequent CdS deposition may be difficult. By optimizing the concentration of the molar equivalent precursor at 0.075 M, a ZnO nanorod array with diameters from 150 nm to 200 nm and lengths of 3.0 μm could be obtained, and the ZnO nanorod array membrane is suitable for subsequent deposition of a CdS layer , And will be used in an additional step.

도 3(a)는 ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지이고, (b)는 CdS/ZnO 나노막대 어레이의 SEM 이미지이고, (c)는, ZnO 나노막대의 투과전자현미경(transmission electron microscopy; TEM) 이미지 및 이에 상응하는 선택영역전자회절(selected area electron diffraction; SAED) 패턴(도에 삽입되어 도시)을 나타낸다. 상기 SEAD 패턴은, 상기 ZnO 나노막대가 단결정임을 나타낸다.3 (a) is an SEM image of a ZnO nanorod array film, (b) is an SEM image of a CdS / ZnO nanorod array, and (c) is a transmission electron microscopy (TEM) image of ZnO nanorods And a corresponding selected area electron diffraction (SAED) pattern (shown embedded in the figure). The SEAD pattern indicates that the ZnO nanorods are single crystals.

ZnO 표면 상에 CdS 층의 핵형성 및 성장을 위해, 상기 ZnO 나노막대 어레이 막은 Cd(NO3)2 및 티오아세트아미드(thioacetamide; TAA) (1 : 1 몰비)의 수용액에 침지되었다. 상기 반응은, ZnO 나노막대의 표면이 CdS에 의해 완전히 피복되도록 하기 위해 8 시간 동안 80℃에서 수행되었다.For nucleation and growth of the CdS layer on the ZnO surface, the ZnO nanorod array membrane was immersed in an aqueous solution of Cd (NO 3 ) 2 and thioacetamide (TAA) (1: 1 molar ratio). The reaction was carried out at 80 DEG C for 8 hours so that the surface of the ZnO nanorods was completely covered by CdS.

도 4는 상이한 농도의 CdS 전구체에 있어서 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지(상면 및 횡단면 뷰)로서, (a), (b) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c), (d) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (g), (h) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA 0.024 M을 나타내는 것이며, 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막들의 상면 및 횡단면 뷰의 대표적인 SEM 이미지(도 4)는, 상기 증착 공정 후에 ZnO 나노막대 어레이가 CdS에 의해 완전히 피복되었음을 나타낸다. 상기 실험 결과는 CdS 층의 형성을 위한 상이한 농도의 전구체가 상이한 두께의 CdS 층을 생성한다는 것을 나타낸다. 따라서, 전구체의 농도가 증가할 시에, CdS 층의 두께도 상응하여 증가한다. 0.024 M의 몰당량 전구체 농도에 있어서, 나노막대의 모든 표면은 두꺼운 CdS 층에 의해 피복되었는데, 이는 벌크형 막이다. 0.012 M의 몰당량 전구체 농도에서, 고해상도 TEM(high-resolution TEM; HRTEM)에 의한 특성분석[도 3(d)]은, CdS 층의 두께가 약 10 nm 내지 약 15 nm임을 나타낸다. CdS 층의 격자 무늬(fringe)는, 매우 저조한 증착 반응 후에, CdS 층의 결정성을 나타내는 것이 명확하지 않다.FIG. 4 is an SEM image (top view and cross-sectional view) of a CdS / ZnO nanorod array membrane at different concentrations of CdS precursor: (a) (b) Cd (NO 3 ) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c), (d) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (e), (f) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (g), (h) Cd (NO 3 ) 2 0.024 M + TAA 0.024 M and representative SEM images of the top and cross-sectional views of the CdS / ZnO nanorod array films (FIG. 4) Indicating that the ZnO nanorod array was completely covered by CdS afterwards. The experimental results show that different concentrations of precursors for the formation of the CdS layer produce different thicknesses of the CdS layer. Therefore, when the concentration of the precursor increases, the thickness of the CdS layer also increases correspondingly. For a molar equivalent precursor concentration of 0.024 M, all surfaces of the nanorods were covered by a thick CdS layer, which is a bulk membrane. Characterization by a high-resolution TEM (HRTEM) at a molar equivalent precursor concentration of 0.012 M (Fig. 3 (d)) shows that the thickness of the CdS layer is about 10 nm to about 15 nm. It is not clear that the fringe of the CdS layer shows the crystallinity of the CdS layer after a very low deposition reaction.

상기 결과는, 도 5(a)에 특성분석하여 나타낸 바와 같이, CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 X-선 회절(X-ray diffraction; XRD) 패턴과 일치한다. 따라서, CdS 회절 피크는 강도에 있어서 넓고, 매우 낮다. 도 5는 500℃에서 Ar 및 공기 유동 하에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 즉, (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) Ar 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (c) 공기 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 각각의 XRD 패턴이며, 또한, ZnO 나노막대 어레이 막 및 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 상면 뷰의 대표적인 이미지는, 각각, 도 3(a) 및 (b)에 나타내었다.The results are in agreement with the X-ray diffraction (XRD) pattern of the CdS / ZnO nanorod array film as shown in FIG. 5 (a). Therefore, the CdS diffraction peak is broad in intensity and very low. Figure 5 shows a CdS / ZnO nanorod array film annealed under Ar and air flow at 500 ° C, ie, (a) an unannealed CdS / ZnO nanorod array membrane, (b) a CdS / ZnO nanorod array (C) a CdS / ZnO nanorod array film annealed in air, each XRD pattern, and representative images of a top view of the ZnO nanorod array film and the CdS / ZnO nanorod array film are shown in FIG. 3 a) and (b).

CdS/ZnO 나노막대 구조의 화학 조성은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 에너지 분산형 X-선(energy dispersive X-ray; EDX) 분석 및 EDX 원소 맵핑 기술에 의해 추가 확인되었다. ZnO 나노막대가 CdS 층에 의해 완전히 피복되었음이 확인되었다.The chemical composition of the CdS / ZnO nanorod structure was further confirmed by energy dispersive X-ray (EDX) analysis and EDX element mapping techniques, as shown in Fig. It was confirmed that the ZnO nanorods were completely covered with the CdS layer.

광학 특성 시험은, CdS/ZnO 나노막대 어레이가 가시광을 흡수할 수 있고, 흡수 범위가 560 nm로 증가된 반면, 피복되지 않은(bare) ZnO 나노막대 어레이는 UV 영역만을 흡수한다는 것을 나타낸다. 도 7은 상이한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이의 UV 스펙트럼으로서, (a) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (b) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (c) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; (d) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA 0.024 M; 및 (e) 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막을 나타낸다. 흡수 엣지(edge)는, CdS 증착을 위한 전구체의 농도가 증가함에 따라 적색 스펙트럼 영역으로 또한 확대된다(도 7 참조). 공지된 바와 같이, ZnO 나노막대 어레이 주변에 CdS 증착은 가시광 영역으로 흡수 엣지를 이동시키고, 구조 내 전하 캐리어(전자 및 정공) 내로 입사된 광의 변환을 효율적으로 촉진한다. 또한, CdS 및 ZnO 반도체 사이의 전하 수송은 원자가 전자 및 전도 밴드의 상이한 에너지 레벨에 기인하며, 이러한 전하 수송은 전자-전공 재결합을 현저히 억제하고, 광촉매 활성을 증가시킨다. 비록, 두꺼운 CdS 층이 가시광 영역 내의 광을 효율적으로 흡수하지만, 이 층은 더 얇은 층보다 전자를 수송하는데 덜 효율적인 것으로 밝혀졌다. 본 연구진은 다수의 CdS 나노입자의 응집체가 상기 층에서 많은 결함을 형성시켜, 이들 결함이 전자 및 정공을 포획할 수 있게 하는 것으로 생각한다.Optical characterization tests indicate that the CdS / ZnO nanorod array can absorb visible light and the absorption range is increased to 560 nm while the bare ZnO nanorod array absorbs only the UV region. 7 is a UV spectrum of CdS / ZnO nanorod array formed by a CdS precursor of different concentrations, (a) Cd (NO 3 ) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (b) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (c) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; (d) Cd (NO 3) 2 0.024 M + TAA 0.024 M; And (e) uncoated ZnO nanorod array films. The absorption edge also expands to the red spectral region as the concentration of the precursor for CdS deposition increases (see FIG. 7). As is well known, CdS deposition around the ZnO nanorod array moves the absorption edge to the visible region and efficiently promotes the conversion of light incident into the charge carriers (electrons and holes) in the structure. In addition, the charge transport between CdS and ZnO semiconductors is due to the different energy levels of valence electrons and conduction bands, and this charge transport significantly inhibits electron-hole recombination and increases photocatalytic activity. Although a thick CdS layer efficiently absorbs light in the visible light region, it has been found that this layer is less efficient for transporting electrons than a thinner layer. We believe that aggregates of multiple CdS nanoparticles form many defects in the layer, allowing these defects to trap electrons and holes.

상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 어닐링 처리는 CdO 층을 수득하기 위해 공기 유동 하에서 수행되었다. 어닐링 온도는 1 시간 동안 500℃에서 유지되었다. 본원의 일 실시예에 있어서, 가열 속도는 상기 막의 안정성을 유지하기 위해 50℃/시간 보다 더 낮아야만 했다. 비교를 위해, 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은 비활성 기체 환경-아르곤 기체 하에서, 500℃에서 1 시간 동안 또한 어닐링되었다. 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 XRD 패턴 특성분석은 도 5에 나타내었다. Ar 환경 하에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은, 공기 환경 하에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막[도 2(c) 참조]과 비교하여 CdO 회절 피크[도 2(b) 참조]를 갖지 않는다. 공기 유동 하에서 어닐링 공정 후에 나타난 CdO/ZnO 나노막대 어레이 막의 CdO 회절 피크는 CdS로부터 변형에 의해 구조 내에 존재하는 CdO 상(phase)을 입증했다. 공기 중에서 어닐링 후에 CdO 층의 형성은 하기 고체 상태 공정이 뒤따른다:The annealing treatment of the CdS / ZnO nanorod array film was performed under an air flow to obtain a CdO layer. The annealing temperature was maintained at 500 占 폚 for 1 hour. In one embodiment of the invention, the heating rate had to be lower than 50 ° C / hour to maintain the stability of the film. For comparison, the CdS / ZnO nanorod array membrane was also annealed at 500 &lt; 0 &gt; C for 1 hour under an inert gas environment-argon atmosphere. The XRD pattern characteristic analysis of the CdS / ZnO nanorod array film is shown in FIG. The CdS / ZnO nanorod array film annealed under the Ar environment does not have a CdO diffraction peak (see FIG. 2 (b)) in comparison with the CdS / ZnO nanorod array film annealed under an air environment . The CdO diffraction peaks of the CdO / ZnO nanorod array films after the annealing process under air flow proved the CdO phase present in the structure by modification from CdS. The formation of the CdO layer after annealing in air is followed by the following solid state process:

CdS + 2O2

Figure 112014099337112-pat00001
CdO + SO3↑CdS + 2O 2
Figure 112014099337112-pat00001
CdO + SO 3

따라서, Ar 환경 하에서 O2 반응물이 부족한 어닐링은 막 구조에서 CdO 상을 형성할 수 없다. 도 8은 500℃에서 상이한 시간 동안 Ar 중에 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 XRD 패턴으로서, (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) 500℃에서 0.5 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (c) 500℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (d) 500℃에서 2 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막이다. Ar 기체 하에서 2 시간까지 어닐링 시간이 연장되었지만, 도 8에 나타낸 바와 같이, 어떠한 CdO 회절 피크도 형성되지 않았다. 몇몇 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 어닐링 온도에 있어서의 변화는 막 구조에서 CdO 상의 형성 공정을 나타내기 위해 수행되었다.Thus, annealing with deficient O 2 reactants under the Ar environment can not form a CdO phase in the film structure. 8 is an XRD pattern of a CdS / ZnO nanorod array film annealed in Ar at 500 &lt; 0 &gt; C for a different period of time as (a) an unannealed CdS / ZnO nanorod array membrane, (b) / ZnO nanorod array film, (c) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 500 ° C for 1 hour, and (d) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 500 ° C for 2 hours. Although the annealing time was extended up to 2 hours under Ar gas, no CdO diffraction peak was formed as shown in Fig. Changes in the annealing temperature of some CdS / ZnO nanorod array films were performed to show the formation process of the CdO phase in the film structure.

도 9는 다양한 온도에서 1 시간 동안 공기 중에서 어닐링 한 후에 CdS/ZnO 막의 XRD 패턴을 나타낸다. 도 9에 있어서, (a) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (b) 400℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (c) 450℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (d) 500℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, (e) 550℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (F) 600℃에서 1 시간 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막을 나타내며, 400℃의 어닐링 온도에서, CdO 상은 구조에서 아직 여전히 명확하게 형성되지 않았다. 그러나, 450℃로부터 온도가 증가함에 따라, 상기 CdO 회절 피크가 명확하게 나타나기 시작하고, 피크의 강도는 온도 증가와 함께 증가한다. 따라서, CdO 성분의 회절 피크의 강도는 온도 증가에 따라 또한 감소하고, 이는 CdS 층이 외부층 표면 영역 상에서 일부 변형되는 것을 가능하게 한다. 550℃ 및 600℃에서 어닐링된 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은 24° 및 32°의 2θ 각에서 몇 개의 불순물 피크가 나타난다. 500℃에서 어닐링된 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막이 추가 연구를 위하여 선택되었다.Figure 9 shows the XRD pattern of a CdS / ZnO film after annealing in air for 1 hour at various temperatures. (B) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 400 ° C. for 1 hour, (c) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 450 ° C. for 1 hour, (E) a CdS / ZnO nanorod array film annealed at 550 DEG C for 1 hour, and (F) a ZnO nanorod array film annealed at 500 DEG C for 1 hour. CdS / ZnO nanorod array film annealed for 1 hour at &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 400 C &lt; / RTI &gt; and the CdO phase was still not clearly formed in the structure. However, as the temperature increases from 450 ° C, the CdO diffraction peak begins to appear clearly, and the intensity of the peak increases with increasing temperature. Thus, the intensity of the diffraction peak of the CdO component also decreases with increasing temperature, which allows the CdS layer to be partially deformed on the outer layer surface area. The CdS / ZnO nanorod array films annealed at 550 ° C and 600 ° C exhibit several impurity peaks at 2 ° angles of 24 ° and 32 °. The CdS / ZnO nanorod array films annealed at 500 &lt; 0 &gt; C were selected for further study.

500℃에서 1 시간 동안 공기 환경 하에서 어닐링 전/후에 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy; XPS) 특성분석은 Cd3d, Zn3p, 및 O1s 피크에 있어서, 각각, 도 10(a), (b), 및 (c)에 나타내었다. 도 10(a)에 나타낸 바와 같이, 상기 어닐링 전/후에 상기 막들 간에 차이점이 있다. 어닐링 전에 상기 막의 XPS 스펙트럼에 의해 나타낸 바와 같이, 406.1 eV 및 412.9 eV에서 두 개의 피크는 CdS 층에서 Cd3d의 밴드에 기인된다. 어닐링 후에 상기 막에 있어서, 두 개의 피크와 더불어, 408.6 eV 및 415.3 eV에 다른 두 개의 피크가 있으며, 이는 CdO 층의 Cd3d의 밴드에서 기인된다. 이들 결과는, Cd-O 결합(bond)의 결합 에너지(binding energy)보다 더 높다는 사실과 일치한다. 그러나, Cd-O 및 ZnO 결합의 결합 에너지 간의 차이점을 구별하는 것은 어렵다. 따라서, O1s의 XPS 피크에 현저한 변화는 없다. 어닐링 후에 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 더 넓은 피크는 CdO/CdS/ZnO 구조에서 산소 원자 수 증가를 나타낸다. 어닐링 공정은 CdS 층 내에서 ZnO 나노막대 어레이의 구조에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 어닐링 전/후에 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서 Zn3p의 XPS 피크에 변화는 없다. CdO/CdS/ZnO 나노막대 샘플의 대표적인 HRTEM 분석은 도 10(d) 및 도 11(고해상도)에 나타내었다. CdO 층의 두께는 약 5 nm 내지 약 10 nm인 것으로 추정된다. 평면 간 거리가 약 2.7 Å인 뚜렷한 격자 무늬는 CdS/ZnO 막대의 외부 층으로서 형성된 CdO의 (111) 면과 관련이 있다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization of CdS / ZnO nanorod array films before and after annealing at 500 ° C for 1 hour in an air environment showed that the Cd3d, Zn3p, 10 (a), (b), and (c). As shown in Fig. 10 (a), there is a difference between the films before and after the annealing. As indicated by the XPS spectrum of the film before annealing, two peaks at 406.1 eV and 412.9 eV are due to the band of Cd3d in the CdS layer. In the film after annealing, there are two peaks at 408.6 eV and 415.3 eV, along with two peaks, which are due to the band of Cd3d in the CdO layer. These results are consistent with the fact that they are higher than the binding energy of Cd-O bonds. However, it is difficult to distinguish between the binding energies of Cd-O and ZnO bonds. Therefore, there is no significant change in the XPS peak of O1s. The wider peak of the CdS / ZnO nanorod array film after annealing shows an increase in the number of oxygen atoms in the CdO / CdS / ZnO structure. The annealing process does not affect the structure of the ZnO nanorod array in the CdS layer. Therefore, there is no change in the XPS peak of Zn3p in the CdS / ZnO nanorod array film before / after annealing. Representative HRTEM analyzes of the CdO / CdS / ZnO nanorods samples are shown in Figures 10 (d) and 11 (high resolution). The thickness of the CdO layer is estimated to be from about 5 nm to about 10 nm. A distinct lattice pattern with a planar distance of about 2.7 Å is associated with the (111) face of CdO formed as the outer layer of the CdS / ZnO rod.

상기 막의 전기적 특성 측정은 시스템 상에 CdO 형성에 대한 추가의 통찰력을 직관적으로 얻기 위해 수행되었다. CdO는 높은 전도성을 갖는 TCO 물질로서 알려져 있다. 프로브 스테이션 기술(probe station technique)이 막의 전류(I) 대 전위(V)를 측정하기 위해 사용되었다. 도 12(a), (b), 및 (c)는, 각각, ZnO, CdS/ZnO, 및 CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 실온 특성의 I-V 곡선을 나타낸다. 삽입된 패널(panel)은 텅스텐 프로브와 접촉하는 막의 광학 현미경 이미지이다. CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 전류는 ZnO의 통상적인 높은 전도성과 일치하는 ZnO 층의 전류보다 더 낮다. 500℃에서 1 시간 동안 공기 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 전도성은 다른 것들과 비교하여 급격히 증가된다. 상기 결과로부터 CdO 층이 나노막대 어레이의 외부 층으로서 피복되어 있음이 다시 한 번 확인된다.Measurement of the electrical properties of the film was performed to intuitively obtain additional insight into CdO formation on the system. CdO is known as a highly conductive TCO material. The probe station technique was used to measure the current (I) vs. potential (V) of the membrane. 12 (a), (b) and (c) show the I-V curves of room temperature characteristics of ZnO, CdS / ZnO, and CdO / CdS / ZnO nanorod array films, respectively. The inserted panel is an optical microscope image of the membrane in contact with the tungsten probe. The current in the CdS / ZnO nanorod array film is lower than the current in the ZnO layer, which is consistent with the typical high conductivity of ZnO. The conductivity of the CdS / ZnO nanorod array films annealed in air at 500 ° C for 1 hour increases sharply compared to others. From the above results it is once again confirmed that the CdO layer is coated as an outer layer of nanorod array.

모든 광전기화학 특성은 희생 전해질로서 0.35 M Na2S 및 0.25 M Na2SO3를, 상대전극으로서 백금을, 기준전극으로서 Ag/AgCl을, 그리고 작업전극으로서 광애노드(photoanode) 막을 이용하여 3-전극 시스템에서 측정되었다. 상기 광애노드 막으로서 다양한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막이 사용되었다. 상기 막의 광전류 밀도는 1 sun(100 mW cm-2) AM 1.5의 모사된 광(illumination) 하에서 10 mV s- 1의 스캐닝(scanning) 속도로 인가된 외부 전위의 함수로서 평가되었다.All photoelectrochemical properties were determined by using 0.35 M Na 2 S and 0.25 M Na 2 SO 3 as sacrificial electrolytes, platinum as counter electrode, Ag / AgCl as reference electrode, and photoanode film as working electrode. Electrode system. A CdS / ZnO nanorod array film formed by CdS precursors at various concentrations was used as the photoanode film. The film photoelectric current density is 10 mV s under 1 sun (100 mW cm -2) a light (illumination) in simulated AM 1.5 - was assessed as a function of an external potential applied to the first scanning (scanning) speed.

도 13은 다양한 농도의 CdS 전구체에 의해 형성된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 전류-전압 곡선으로서, (a) 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막; (b) Cd(NO3)2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c) Cd(NO3)2 0.006 M + TAA 0.006 M; (d) Cd(NO3)2 0.012 M + TAA 0.012 M; 및 (e) Cd(NO3)2 0.024 M + TAA의 농도로 제조된 것임을 나타낸다. 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서 광전류 밀도의 값은, 0.012 M의 전구체 농도에서, CdS 층이 증착된 CdS/ZnO 광애노드 막을 가진 전극이 가장 높은 광전기화학 거동을 나타낸다(도 13 참조). 그리고, 광전류 밀도는 증착된 CdS 층의 두께의 증가와 함께 증가한다. 그러나, 상기 언급한 점은 다시 한 번 확인되며, 상기 증착된 층이 너무 두꺼우면, 응집된 CdS 층에 형성된 결함이 광발생된 전하 캐리어를 포획한다. 광발생된 전하 캐리어의 이러한 포획(trapping)은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 광전류 밀도에서 급격한 감소를 야기할 수 있다. 비교를 위해, 각각, 공기, Ar 중에서 어닐링되거나/되지 않은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막의 광전기화학적 성능을 고려하여, 이들 막의 광전류 밀도가 측정되었다.FIG. 13 is a current-voltage curve of a CdS / ZnO nanorod array film formed by CdS precursors at various concentrations; (a) an uncoated ZnO nanorod array film; (b) Cd (NO 3) 2 0.003 M + TAA 0.003 M; (c) Cd (NO 3) 2 0.006 M + TAA 0.006 M; (d) Cd (NO 3) 2 0.012 M + TAA 0.012 M; And (e) Cd (NO 3 ) 2 0.024 M + TAA. In the CdS / ZnO nanorod array film, the photocurrent density exhibits the highest photoelectrochemical behavior at the precursor concentration of 0.012 M, with the electrode having the CdS / ZnO photoanode film deposited with the CdS layer (see FIG. 13). And, the photocurrent density increases with the increase of the thickness of the deposited CdS layer. However, the above-mentioned point is again confirmed, and if the deposited layer is too thick, defects formed in the agglomerated CdS layer capture the photogenerated charge carriers. This trapping of the photogenerated charge carriers can cause a sharp decrease in the photocurrent density, as shown in Fig. For comparison, the photocurrent density of these films was measured, taking into account the photoelectrochemical performance of CdS / ZnO nanorod array films, uncoated ZnO nanorod array films annealed or not, air, and Ar, respectively.

도 14는 (a) 피복되지 않은(bare) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, Ar 중에서 소성된 (c) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (d) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서, 0.0 V(Ag/AgCl)에서의 전류-전압 곡선 및 광반응 그래프로서, 도 14의 좌측은 상이한 조건에 의해 제조된 상기 막의 전류-전압(I-V) 곡선을 나타낸다. -1.2 V 내지 1.0 V의 암 스캔(dark scan)이 10-2 mA cm-2의 범위에서 작은 전류 밀도를 나타내기 때문에, 상기 암 전류(dark current)는 광 조사 하에서 전류와 비교하여 무시될 수 있다. 반면, CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 광전류 밀도는 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이 막의 광전류 밀도(약 0.6 mA cm-2, 곡선 (a))에 비해 약 6 배 더 크다(약 3.5 mA cm-2, 곡선 (b)). 동일한 조건을 가진 일반적인 이러한 결과는 최근 출판된 문헌에 필적 가능하다. CdS/ZnO 막에 비교하여, CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 광전류 밀도는 현저히 향상되었다(0.0 V에서 약 4.1 mA cm-2, 곡선 (d)). Ar 중에서 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서, 산소-부족 환경에서의 어닐링 공정은 나노막대 어레이 막의 결정 구조를 변화시키는 것이 아님을 나타내면서, 상기 곡선이 순수 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 곡선보다 약간 작다는 것은 주목할만한 가치가 있다. 또한, Ar 중에서 어닐링된 상기 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서 광전류 밀도의 약간의 감소는 고온에서 처리된 ITO 막의 전기 저항을 증가시키기 때문일 수 있다. 이러한 결과는, CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 공기 중에서의 어닐링 후에 CdO 층의 형성이 구조의 광전화학 특성을 향상시켰다는, 본 발명자들의 주장을 뒷받침한다. 0.0 V에서 상기 샘플의 I-t 곡선은 시간에 따른 이들 구조의 광반응을 연구하기 위해 측정되었다. 도 14의 우측에 나타낸 바와 같이, 상기 (a) 피복되지 않은(bare) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, Ar 중에서 소성된 (c) CdS/ZnO 나노막대 어레이 막, 및 (d) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 광반응은 광 조사 하에서 관찰되었다. 여기가 일시적인 효과를 야기하기 때문에, 상기 광전류는 빠르게 정상 상태(steady state)로 돌아간다. 이러한 결과는 층에서 층으로 전하 수송이 빠르게 발생하고, 광에 의한 조사를 통해 "ON"으로부터 "OFF" 상태로 반복적으로 전환될 수 있음을 입증한다. CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은 0.0 V에서 수소 발생(evolution)을 위한 광촉매 특성을 나타내고, 상기 막은 실험 조건 하에서 안정적이다.(B) a CdS / ZnO nanorod array film, (c) a CdS / ZnO nanorod array film fired in Ar, and (d) a CdO / ZnO nanorod array film fired in Ar. In the CdS / ZnO nanorod array film, a current-voltage curve and a photoreaction curve at 0.0 V (Ag / AgCl), the left side of FIG. 14 shows a current-voltage (IV) curve of the film prepared by different conditions . Since the dark scan of -1.2 V to 1.0 V exhibits a small current density in the range of 10 -2 mA cm -2 , the dark current can be neglected compared to the current under light irradiation have. On the other hand, the photocurrent density of the CdS / ZnO nanorod array films is about 6 times greater (about 3.5 mA cm -2 ) than the photocurrent density of the uncoated ZnO nanorod array films (about 0.6 mA cm -2 , curve a) Curve (b)). These general results with the same conditions are comparable to the recently published literature. Compared to the CdS / ZnO film, the photocurrent density of the CdO / CdS / ZnO nanorod array films was significantly improved (0.0 V to about 4.1 mA cm -2 , curve (d)). In the CdS / ZnO nanorod array film annealed in Ar, the curve shows that the annealing process in the oxygen-deficient environment does not change the crystal structure of the nanorod array film, and that the curve is less than the curve of the pure CdS / ZnO nanorod array film It is worth noting that it is slightly smaller. In addition, a slight decrease in photocurrent density in the CdS / ZnO nanorod array film annealed in Ar may be due to an increase in electrical resistance of the ITO film treated at high temperature. These results support the inventors' assertion that the formation of the CdO layer after annealing in air of the CdS / ZnO nanorod array film improved the photochemical properties of the structure. The It curve of the sample at 0.0 V was measured to study the photoreaction of these structures over time. (B) a CdS / ZnO nanorod array film, (c) a CdS / ZnO nanorod array film fired in Ar, (b) a ZnO nanorod array film as shown in FIG. , And (d) CdO / CdS / ZnO nanorod array films were observed under light irradiation. Since this causes a transient effect, the photocurrent quickly returns to the steady state. These results demonstrate that charge transport from layer to layer occurs rapidly and can be repeatedly switched from "ON" to "OFF &quot; through irradiation with light. The CdO / CdS / ZnO nanorod array membrane exhibits photocatalytic properties for hydrogen evolution at 0.0 V, and the film is stable under experimental conditions.

도 15는 (a) 500℃ / 1 시간, (b) 500℃ / 2 시간, 및 (c) 500℃ / 3 시간의 다양한 시간 간격 동안 어닐링된 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 SEM 이미지이며, (d) (1) 어닐링되지 않은 CdS/ZnO, (2) 500℃ / 1 시간 동안 어닐링, (3) 500℃ / 2 시간 동안 어닐링, 및 (4) 500℃ / 3 시간 동안 어닐링된 막의 전류-전압 그래프이다. 상기 어닐링 시간이 CdS/ZnO 나노막대 구조로부터 CdO/CdS/ZnO 나노막대 구조로의 변형을 위해 추가 연장되었을 시에, 본 발명자들은 나노막대 어레이가 서로 응집되었고, 시간이 증가함에 따라, 상기 증착된 층이 구조로부터 다소 분리되었다는 것을 관찰했다(도 15 참조). 따라서, 광전류 밀도 값은 (도 15(d)에 도시된 바와 같이) 어닐링 시간의 증가와 함께 감소한다. 어닐링 시간이 증가함에 따라, 상기 막의 전기저항이 따라서 증가했고, 막 구조는 붕괴 가능성이 있었으며, 이는 광전화학 거동을 감소시키는 결과가 될 수 있다.15 is a SEM image of a CdS / ZnO nanorod array film annealed at various time intervals of (a) 500 DEG C / 1 hour, (b) 500 DEG C / 2 hours, and (c) 500 DEG C / (3) annealing at 500 [deg.] C for 2 hours, and (4) annealing at 500 [deg.] C for 3 hours. to be. When the annealing time was further extended for deformation from the CdS / ZnO nanorod structure to the CdO / CdS / ZnO nanorod structure, the present inventors found that the nanorod arrays agglomerated with each other, and as the time increased, It was observed that the layer was somewhat separated from the structure (see Fig. 15). Thus, the photocurrent density value decreases with an increase in the annealing time (as shown in Fig. 15 (d)). As the annealing time increased, the electrical resistance of the film increased accordingly, and the film structure was likely to collapse, which may result in reduced photo-chemical behavior.

상기 막 구조 상에 형성된 CdO 층의 이로운 효과를 평가하기 위해, 0.0 V vs. Ag/AgCl에서 다양한 여기 파장에서 모니터된 Isc로부터 측정된, 입사광자에 대한 변환 효율(incident photon to conversion efficiencies; IPCEs)은 도 16에 나타내었다. 상기 피복되지 않은 ZnO 나노막대 어레이의 IPCE 스펙트럼은 약 380 nm에서 피크를 나타낸다. 이는 UV 태양광 영역에서 ZnO의 흡수의 결과이다. IPCE 스펙트럼의 강한 반응은 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 경우에 가시광 영역으로 확장되었고, CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막은, 각각, CdS 및 CdS/CdO 성분 층의 존재가 양자효율의 향상을 야기한다.To evaluate the beneficial effects of the CdO layer formed on the film structure, The incident photon to conversion efficiencies (IPCEs) measured from I sc monitored at various excitation wavelengths in Ag / AgCl are shown in FIG. The IPCE spectrum of the uncoated ZnO nanorod array exhibits a peak at about 380 nm. This is the result of absorption of ZnO in the UV sunlight region. The strong reaction of the IPCE spectrum was extended to the visible region in the case of the CdS / ZnO nanorod array film, and the presence of the CdS and CdS / CdO component layers in the CdO / CdS / ZnO nanorod array films caused an improvement in the quantum efficiency .

상기 이유는 가시광 흡수 및 복합구조에서의 전자 및 정공에 있어서 더 높은 전하 분리 때문이다. 비록, 3-성분 복합구조의 광촉매에 대해 수많은 연구가 진행되어 왔고, 2-성분 광촉매보다 더 우수한 것으로 간주되어 왔지만, 현재까지 CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이에 대한 보고는 없었다. CdO는 2.27 eV의 낮은 밴드갭을 갖는 반도체이다. CdO의 원자가 밴드 위치(O2p)는 -8.0 eV 내지 -3.8 eV 사이에서 발견된다. 그러나, 벌크 물질과는 다르게, CdO/CdS/ZnO 복합구조의 밴드-엣지는 페르미(Fermi) 레벨 정렬로서 알려진 과정 때문에 도 17에 나타낸 바와 같이 계단식 밴드 구조로서 재배치된다. 도 17은 CdO/CdS/ZnO 복합구조 나노막대 어레이 막에 있어서 제안된 밴드-엣지 다이어그램이다.This is due to the higher charge separation in electrons and holes in visible light absorption and complex structures. Although a number of studies have been conducted on three-component complex photocatalysts and have been considered to be superior to two-component photocatalysts, there has been no report of CdO / CdS / ZnO nanorods arrays to date. CdO is a semiconductor with a low band gap of 2.27 eV. The valence band position (O2p) of CdO is found between -8.0 eV and -3.8 eV. However, unlike the bulk material, the band-edge of the CdO / CdS / ZnO composite structure is rearranged as a stepped band structure as shown in Fig. 17 due to a process known as Fermi level alignment. 17 is a band-edge diagram proposed in a CdO / CdS / ZnO composite nanorod array film.

광원(photon source)으로서 He I (21.22 eV)를 사용하여 수행된 ZnO, ZnO/CdS, 및 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 자외선 광전자 분광법(ultraviolet photoelectron spectroscopy; UPS) 분석은 도 18에 나타내었다. 도 18의 좌측은 (a) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) ZnO/CdS 나노막대 어레이 막, 및 (c) ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 UPS 스펙트럼이고, 우측은 (a) ZnO 나노막대 어레이 막, (b) ZnO/CdS 나노막대 어레이 막, 및 (c) ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 원자가 밴드 UPS이다. 결과적으로, 각각, CdS 및 CdO와 합성됨에 따라 ZnO 나노막대 어레이 막의 원자가 밴드가 음전위 방향으로 이동한다는 것이 관찰되었다. 이것은 음전위로 헤테로구조 전도 밴드를 이동시키는 것과 동일한 의미이다. 상기 UPS 연구는 반도체의 헤테로접합 밴드 구조에서 재배열을 나타냈다. 또한, CdO/CdS/ZnO 전극이 산화환원 전해질 종인 S2 -/Sx -2와 접촉할 시에, 음전위 방향으로의 CdO 전도 밴드가 이동한다. 따라서, 광발생된 전하 캐리어는 쉽게 분리되고 효율적으로 수송될 수 있다. 반면, 향상된 광촉매 활성에 있어서 다른 가능한 이유는 CdO 층의 전도성 거동이 있고, 이는 CdS로부터 발생된 정공을 분리할 수 있기 때문이다. 상기 언급한 바와 같이, CdO는 높은 전도성을 갖는 TCO이다. 상이한 CdO 표본에 대한 다수의 연구들은, CdO가 화학양론적 과량의 Cd를 함유하고, 주점(principal point) 결함이 Cd 삽입(interstitials) 또는 산소 결핍인 것으로 나타났다. 이들 결함은 전하 캐리어로서 작용하고, CdO 층의 높은 정공 이동도(mobility) 및 높은 전도성을 야기한다. 이러한 결과는 CdO 층이 CdS 층으로부터 자체적으로 정공을 수송할 수 있고, CdS/ZnO 나노막대 어레이에서 전자-정공 재결합을 감소시킬 수 있다는 것을 나타내며, 상기 감소된 재결합은 광전류 밀도를 향상시킨다. CdO 층에 의한 정공 수송에 있어서 제안된 메커니즘은 하기와 같이 기술될 수 있다:An ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) analysis of ZnO, ZnO / CdS, and ZnO / CdS / CdO nanorod array films performed using He I (21.22 eV) as a photon source is shown in FIG. 18 . 18 shows the UPS spectrum of the ZnO nanorod array film, (b) ZnO / CdS nanorod array film, and (c) ZnO / CdS / CdO nanorod array film on the left side of FIG. 18, (B) a ZnO / CdS nanorod array film, and (c) a valence band UPS of a ZnO / CdS / CdO nanorod array film. As a result, it was observed that the valence bands of the ZnO nanorod array films migrated in the negative direction as they were synthesized with CdS and CdO, respectively. This is equivalent to moving the heterostructure conduction band to the negative potential. The UPS study showed rearrangement in the heterojunction band structure of the semiconductor. In addition, when the CdO / CdS / ZnO electrode contacts the redox electrolyte species S 2 - / S x -2 , the CdO conduction band in the negative direction shifts. Thus, the photogenerated charge carriers can be easily separated and efficiently transported. On the other hand, another possible reason for the improved photocatalytic activity is the conductive behavior of the CdO layer, since it can separate holes generated from CdS. As mentioned above, CdO is a high conductivity TCO. Numerous studies on different CdO specimens have shown that CdO contains a stoichiometric excess of Cd and that the principal point defect is Cd interstitials or oxygen deficiency. These defects act as charge carriers and cause high hole mobility and high conductivity of the CdO layer. This result indicates that the CdO layer is capable of transporting holes from the CdS layer itself and can reduce electron-hole recombination in the CdS / ZnO nanorod array, and this reduced recombination improves the photocurrent density. The proposed mechanism for hole transport by the CdO layer can be described as follows:

CdO에서 주요 결함 반응Major defect reactions in CdO

CdO 격자 ↔ D++ + 2E + ½O2 CdO lattice ↔ D ++ + 2E + ½O 2

(D++는 이중으로 이온화된 산소 결핍 또는 카드뮴 삽입 중 하나임) ;(D ++ is either double ionized oxygen deficiency or cadmium insertion);

광촉매 과정Photocatalytic process

CdS/ZnO + hV → CdS(h+)/ZnO(e-) ;CdS / ZnO + hV ? CdS (h + ) / ZnO (e - );

홀 수송 과정Hall transportation

2CdS (h+) + CdO 격자 → 2CdS + D++ + ½O2 ;2CdS (h + ) + CdO lattice → 2CdS + D ++ + ½O 2 ;

전해질-반도체 경계면으로 D++의 이동D ++ migration to electrolyte-semiconductor interface

S2 -(aq) + SO3 2 -(aq) - 2e- → S2O3 2 -(aq)S 2 - (aq) + SO 3 2 - (aq) - 2e - ? S 2 O 3 2 - (aq)

D++ + 2e- + ½O2 → CdO 격자.D ++ + 2e - + ½O 2 → CdO lattice.

효율적인 광발생 전하 캐리어 분리를 명백히 하기 위해, 375 nm의 여기 레이저 소스 및 검출 파장 600 nm를 이용하여 상기 막 샘플의 시간-분해 광발광 측정이 수행되었다. ZnO, ZnO/CdS, ZnO/CdS/CdO, 및 Ar 기체 중에서 어닐링된 ZnO/CdS 나노막대 어레이 막의 정규화 시간-분해 광발광(photoluminescence: PL) 붕괴 그래프는 도 19에 나타내었다. 흥미롭게도, 상기 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 전하 수명은 다른 것들과 비교하여 급격히 증가된다. 특히, ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막의 전하 수명은, 각각, ZnO(약 19.64 ns) 및 CdS/ZnO(약 27.55 ns)보다 훨씬 더 높은 약 93.05 ns이다. 500℃에서 1 시간 동안 Ar 기체 중에서 어닐링된 ZnO/CdS 나노막대 어레이 막은(O2 결핍 환경에서는 CdO 층을 형성할 수 없음) 또한 ZnO/CdS/CdO 나노막대 어레이 막(예를 들어, 500℃에서 1 시간 동안 어닐링된 ZnO/CdS)의 전하 수명보다 훨씬 더 낮은 약 36.88 ns이다. Ar 중에서 어닐링된 ZnO/CdS 나노막대 어레이 막의 수명은 결정성(crystallinity)의 증가 때문에 어닐링하지 않은 ZnO/CdS 나노막대 어레이 막의 수명보다 더 높다. 도 2에 나타낸 XRD 패턴에서 이들의 결정성을 확인할 수 있다. 이는 ZnO/CdS 나노막대 어레이 막 주변에 피복된 얇은 CdO 층이 ZnO/CdS 나노막대 어레이 구조에서 광발생된 e-/h+ 쌍의 재결합을 지연시킬 수 있다는 것을 확인한다. 따라서, ZnO/CdS 나노막대 어레이 막 전극의 광전화학 성능은 CdO 층의 합성에 의해 향상될 수 있다.Time-resolved photoluminescence measurements of the film sample were performed using an excitation laser source of 375 nm and a detection wavelength of 600 nm to clarify efficient photo-generated charge carrier separation. The normalization time-resolved photoluminescence (PL) decay graph of the ZnO / CdS nanorod array films annealed in ZnO, ZnO / CdS, ZnO / CdS / CdO and Ar gases is shown in FIG. Interestingly, the charge lifetime of the ZnO / CdS / CdO nanorod array films is dramatically increased compared to others. In particular, the charge lifetime of ZnO / CdS / CdO nanorod array films is about 93.05 ns, which is much higher than ZnO (about 19.64 ns) and CdS / ZnO (about 27.55 ns), respectively. A ZnO / CdS nanorod array film annealed in an Ar gas at 500 ° C for 1 hour (can not form a CdO layer in an O 2 deficient environment) can also be formed on a ZnO / CdS / CdO nanorod array film (for example, Which is much lower than the charge lifetime of ZnO / CdS annealed for 1 hour. The lifetime of an annealed ZnO / CdS nanorod array film in Ar is higher than the lifetime of a non-annealed ZnO / CdS nanorod array film due to an increase in crystallinity. It is possible to confirm their crystallinity in the XRD pattern shown in FIG. This confirms that a thin CdO layer deposited around the ZnO / CdS nanorod array membrane can delay the recombination of the photo generated e - / h + pair in the ZnO / CdS nanorod array. Therefore, the photo-chemical performance of the ZnO / CdS nanorod array membrane electrode can be improved by the synthesis of the CdO layer.

본 실시예에서, CdO 층의 보호 효과를 연구하기 위해 희생제를 사용하지 않고 0.25 M Na2SO4의 전해질 용액에서 상기 ZnO, CdS/ZnO, CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이의 광전화학 특성을 조사했다. 상기 CdO는 전해질과 CdS 층 사이를 접촉했으며, 결과적으로, CdS 층의 광-부식을 방지했다. 도 20은 (a) CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이, (b) CdS/ZnO 나노막대 어레이, 및 (c) ZnO 나노막대 어레이에 있어서, 0.25 M Na2SO4에서의 (0.0 V Ag/AgCl) 전류-전압 곡선 및 광반응 그래프이다. 도 20(좌측)의 I-V 곡선은 상기 제시한 희생제가 있는 개시 전위(-1.2 V)와 비교하여, 개시 전위(-0.5 V)의 증가를 나타낸다. 게다가, 광전류 밀도(0.0 V에서 1.2 mA/cm2)는 희생제가 사용될 시의 광전류 밀도보다 훨씬 더 낮았다. 이러한 결과는 Na2SO4 전해질 용액의 pH 값(pH=7)과 희생제가 있는 전해질 용액의 pH 값(pH=11)의 차이점에 의해 이해될 수 있으며, 희생제는 또한 광발생된 정공 및 전자의 재결합을 억제하는 정공-광발생된 포착제(scavenger)로서 역할을 한다. 도 20의 우측에서 광반응에 의해 나타낸 바와 같이, 희생제가 없는 전해질 용액에서 CdS/ZnO 나노막대 어레이 막의 광전류 밀도는, 단 한 번의 광 조사(illumination) 서클(circle) 후에 (피복되지 않은 ZnO의 곡선과 근접한) 0.4 mA cm-2로 급격히 떨어지고, 반면, CdO/CdS/ZnO 나노막대 어레이 막에 있어서 상기 값은 서서히 감소했다. 상기 CdO 층이 어느 정도 CdS 층을 부분적으로 보호한다는 것에 대한 언급에 주목할만한 가치가 있다. 그러나, 상기 CdO 층은 다공성 층이므로, 상기 전해질이 자체적으로 침투할 수 있다. 따라서, 상기 CdO 층은 CdS 층을 완전히 보호할 수는 없다.
In this example, the photochemical properties of the ZnO, CdS / ZnO, and CdO / CdS / ZnO nanorod arrays were investigated in an electrolyte solution of 0.25 M Na 2 SO 4 without using a sacrificial agent to study the protective effect of the CdO layer did. The CdO contacted between the electrolyte and the CdS layer, resulting in photo-corrosion of the CdS layer. Figure 20 (a) CdO / CdS / ZnO nanorods array, (b) CdS / ZnO nanorods array, and (c) ZnO in the nanorod arrays, 0.25 M Na 2 SO in 4 (0.0 V Ag / AgCl ) Current-voltage curve and a photoreaction graph. The IV curve in FIG. 20 (left) shows an increase in the initiation potential (-0.5 V) compared to the initiation potential (-1.2 V) with the sacrificial agent presented above. In addition, the photocurrent density (1.2 mA / cm 2 at 0.0 V) was much lower than the photocurrent density when the sacrificial material was used. These results can be understood by the difference between the pH value (pH = 7) of the Na 2 SO 4 electrolyte solution and the pH value (pH = 11) of the electrolyte solution with the sacrificial agent, And acts as a hole-light generated scavenger that inhibits recombination. 20, the photocurrent density of the CdS / ZnO nanorod array film in the sacrificial free electrolyte solution was measured after only one illumination circle (the curve of uncoated ZnO ) Of 0.4 mA cm &lt; 2 & gt ; , whereas the values of CdO / CdS / ZnO nanorod array films decreased slowly. It is worth noting that the CdO layer partially protects the CdS layer to some extent. However, since the CdO layer is a porous layer, the electrolyte can penetrate itself. Therefore, the CdO layer can not completely protect the CdS layer.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The foregoing description of the disclosure is exemplary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are included in the scope of the present invention .

Claims (10)

전도성 투명 기재 상에 전이금속 산화물 나노구조체층을 형성하는 단계;
상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 반도체 화합물층을 형성하는 단계; 및
상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 투명 전도성 산화물층을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 나노구조체층은 나노막대 어레이, 나노플레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것이며,
상기 투명 전도성 산화물층은 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 보호하는 것인,
광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
Forming a transition metal oxide nanostructure layer on the conductive transparent substrate;
Forming a semiconductor compound layer on the transition metal oxide nanostructure layer; And
Annealing the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer to form a transparent conductive oxide layer
/ RTI &gt;
Wherein the nanostructure layer comprises a nanostructure array selected from the group consisting of nanodevice arrays, nanoplates, and combinations thereof,
Wherein the transparent conductive oxide layer protects the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer.
(Method for manufacturing composite nanostructure for photoelectrode).
제 1 항에 있어서,
상기 투명 전도성 산화물층은 CdO를 포함하는 것인, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transparent conductive oxide layer comprises CdO.
제 1 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물은 Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것의 산화물을 포함하는 것인, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, Wherein the oxide nanoparticles comprise an oxide.
제 1 항에 있어서,
상기 반도체 화합물층은 CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi2S3, Bi2Se3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, AlAs, AlSb, InCuS2, In(CuGa)Se2, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnSx(1≤x≤2), NiS, CoS, FeSx(1≤x≤2), In2S3, MoS, MoSe, Cu2S, HgTe, MgSe 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The semiconductor compound layer is CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe, Bi 2 S 3, Bi 2 Se 3, InP, InAs, InGaAs, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InSb, Si, Ge, Sb 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 , SnS x (1? X ? 2), NiS, CoS, FeS x (1? X? 2 ), AlSb, InCuS 2 , In (CuGa) Se 2 , Sb 2 S 3 , Sb 2 Se 3 , Sb 2 Te 3 , 2), In 2 S 3 , MoS, MoSe, Cu 2 S, HgTe, MgSe, and combinations thereof.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 어닐링은 산소-함유 분위기 또는 공기 분위기 하에서 수행되는 것인, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the annealing is performed in an oxygen-containing atmosphere or an air atmosphere.
제 1 항에 있어서,
상기 어닐링의 온도는 400℃ 내지 600℃인 것인, 광전극용 복합 나노구조체의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature of the annealing is 400 占 폚 to 600 占 폚.
전도성 투명 기재 상에 형성된 전이금속 산화물 나노구조체층;
상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 반도체 화합물층; 및
상기 반도체 화합물층에 형성된 투명 전도성 산화물층
을 포함하며,
상기 투명 전도성 산화물층은 상기 반도체 화합물층을 어닐링하여 상기 반도체 화합물층의 상부를 산화시켜 형성되는 것이며,
상기 나노구조체층은 나노막대 어레이, 나노플레이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것이며,
상기 투명 전도성 산화물층은 상기 전이금속 산화물 나노구조체층에 형성된 상기 반도체 화합물층을 보호하는 것인,
광전극용 복합 나노구조체.
A transition metal oxide nanostructure layer formed on a conductive transparent substrate;
A semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer; And
A transparent conductive oxide layer
/ RTI &gt;
Wherein the transparent conductive oxide layer is formed by annealing the semiconductor compound layer to oxidize an upper portion of the semiconductor compound layer,
Wherein the nanostructure layer comprises a nanostructure array selected from the group consisting of nanodevice arrays, nanoplates, and combinations thereof,
Wherein the transparent conductive oxide layer protects the semiconductor compound layer formed on the transition metal oxide nanostructure layer.
Composite nanostructure for photoelectrode.
제 8 항에 있어서,
상기 투명 전도성 산화물층은 CdO를 포함하는 것인, 광전극용 복합 나노구조체.
9. The method of claim 8,
Wherein the transparent conductive oxide layer comprises CdO.
제 8 항에 있어서,
상기 전이금속 산화물은 Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것의 산화물을 포함하는 것인, 광전극용 복합 나노구조체.
9. The method of claim 8,
Wherein the transition metal oxide is selected from the group consisting of Ti, Cu, Zr, Fe, Zn, In, Ir, La, V, Mo, W, Sn, Nb, Y, Sc, Sm, Ga, Wherein the nanostructure comprises an oxide.
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