Bakır (II) sülfür ve çinko sülfürün polikristalin altın elektrot üzerine elektrodepozisyonu

Bu çalışmada, elektrodepozisyona dayanan bir sistem geliştirilmiştir. Elektrokimyasal atomik tabaka epitaksi (ECALE) ve ko-depozisyon metodolojileri, bakır (II) sülfür (CuS) ve çinko sülfür (CuS) ince filmlerinin polikristalin altın elektrot üzerinde fotovoltaik yarı-iletkenler olarak büyütülmesi için kullanılmıştır. Bakır (Cu), çinko (Zn) ve kükürdün (S) biriktirme potansiyelleri dönüşümlü voltametri ile ayrı ayrı belirlenmiştir. İnce filmler etilendiamin tetra asetik asit (EDTA) içinde bakır (II) sülfat (CuSO4), sodyum sülfür (Na2S) v e ç inko s ülfat (ZnSO4) içeren bir elektrolit çözeltisinden hem dönüşümlü voltametri hem de bulk elektroliz teknikleri kullanılarak oluşturulmuştur. Biriktirme potansiyelindeki sıcaklık etkisi katmanların kristalliğinin belirlenmesi için çalışılmıştır. Potansiyel altı alan içerisinde elde edilen geçişleri kapsayan kronoamperometri sonuçlarından, katmanların çekirdekleşme ve büyüme süreçleri değerlendirilmiştir. Böylece, CuS ve ZnS yarı iletkenleri için karşılaştırma esaslı elektrodepozisyona dayanan bir metot polikristalin altın substratta geliştirilmiştir.

Electrodeposition of copper (II) sulfide and zinc sulfide onto polycrystalline gold electrode

An electrodeposition-based process was developed in this work. Electrochemical atomic layer epitaxy(ECALE) and co-deposition methodologies were employed to grow copper (II) sulfide (CuS) and zincsulfide (ZnS) thin films as photovoltaic semiconductors on polycrystalline gold electrode. The depositionpotentials of copper (Cu), zinc (Zn) and sulfur (S) were defined separately by cyclic voltammetry. Thinfilms were created from an electrolyte containing copper (II) sulfate (CuSO4), sodium sulfur (Na2S) andzinc sulfate (ZnSO4) in ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) using both cyclic voltammetry and bulkelectrolysis techniques. The influence of bath temperature at the deposition potential was studied todetermine the crystallinity of deposits. From the chronoamperometry results including the transientsobtained within the under potential region, the nucleation and growth process of deposits were estimated.In this way, an electrodeposition-based method for CuS and ZnS semiconductors in a comparable basiswas improved on polycrystalline gold substrate.

___

  • [1] Oviedo, O.A., Reinaudi, L., Garcia, S.G., Leiva, E.P.M. 2016. Underpotential deposition: from fundamentals and theory to applications at the nanoscale. Scholz F., ed. Springer International Publishing, Switzerland. DOI: 10.1007/s10008-016- 3222-7.
  • [2] Mascaro, L.H., Santos, M.C., Machado, S.A.S., Avaca, L.A. 2002. Voltammetric and Rotating Ring-Disk Studies of the Influence of Anions in the Underpotential Deposition of Zinc on Platinum. Journal of the Brazilian Chemical Society, Vol. 13, p. 529-534. DOI: 10.1590/S0103- 50532002000400019.
  • [3] Gregory, B.W., Stickney, J.L. 1991. Electrochemical atomic layer epitaxy (ECALE). Journal of Electroanalytical Chemistry, Vol. 300, p. 543-561. DOI: 10.1016/0022-0728(91)85415-L.
  • [4] Liang, X., Jayaraju, N., Thambidurai, C., Zhang, Q., Stickney, J.L. 2011. Controlled elec-trochemical formation of GexSbyTez using atomic layer deposition (ALD). Chemistry of Materials, Vol. 23, p. 1742-1752. DOI: 10.1021/cm102672j.
  • [5] Öznülüer, T., Erdoğan, İ.Y., Şişman, İ., Demir, Ü. 2005. Electrochemical atom-by-atom growth of PbS by modified ECALE method. Chemistry of Materials, Vol. 17, p. 935-937. DOI: 10.1021/cm048246g.
  • [6] Zhu, W., Liu, X., Liu, H., Tong, D., Yang, J., Peng, J. 2010. Coaxial heterogeneous structure of TiO2 nanotube arrays with CdS as a superthin coating synthesized via modified electrochemical atomic layer deposition. Journal of the American Chemical Society, Vol. 132, p. 12619-12626. DOI: 10.1021/ja1025112.
  • [7] Noyhouzer, T., Mandler, D. 2011. Determination of low levels of cadmium ions by the under potential deposition on a self-assembled monolayer on gold electrode. Analytica Chimica A cta, V ol. 6 84, p . 1-7. DOI: 10.1016/j.aca.2010.10.021.
  • [8] Aramataa, A., Taguchi, S., Fukudaa, T., Nakamuraa, M., Horanyi, G. 1998. Underpotential deposition of zinc ions at single crystal electrodes and the effect of the adsorbed anions. Electrochimica Acta, Vol. 44, p. 999-1007. DOI: 10.1016/S0013-4686(98)00204-7.
  • [9] Giaccherini, A., Cinotti, S., Guerri, A., Carla, F., Montegrossi, G., Vizza, F., Lavacchi, A., Felici, R., Di Benedetto, F., Innocenti, M. 2017. Operando SXRD study of the structure and growth process of Cu 2 S ultra-thin films. Scientific Reports, Vol. 7, p. 1615. DOI: 10.1038/s41598-017-01717-0.
  • [10] Bozzini, B., Baker, M.A., Cavallotti, P.L., Cerri, E., Lenardi, C. 2000. Electrodeposition of ZnTe for Photovoltaic Cells. Thin Solid Films, Vol. 361, p. 388- 395. DOI: 10.1016/S0040-6090(99)00808-1.
  • [11] Pauporte, T., Lincot, D. 2000. Electrodeposition of semiconductors for optoelectronic devices: results on zinc oxide. Electrochimica Acta, Vol. 45, p. 3345- 3353. DOI: 10.1016/S0013-4686(00)00405-9.
  • [12] Heo, P., Ichino, R., Okido, M. 2006. ZnTe electrodeposition from organic solvents. Electrochimica Acta, Vol. 51, p. 6325-6330. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.04.016.
  • [13] Dogel, J., Freyland, W. 2003. Layer-by-layer growth of zinc during electrodeposition on Au(111) from a room temperature molten salt. Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 5, p. 2484-2487. DOI: 10.1039/B303388K.
  • [14] Alanyalıoğlu, M., Çakal, H., Öztürk, A.E., Demir, Ü. 2001. Electrochemical studies of the effects of pH and the surface structure of gold substrates on the underpotential deposition of sulfur. The Journal of Physical Chemistry B, Vol. 105, p. 10588-10593. DOI: 10.1021/jp004227s.
  • [15] Mahalingam, T., John, V.S., Rajendran, S., Ravi, G., Sebastian, P.J. 2002. Annealing studies of electrodeposited zinc telluride thin films. Surface and Coatings Technology, Vol. 155, p. 245-249. DOI: 10.1016/S0257-8972(02)00117-2.
  • [16] Short, A., Jewell, L., Bielecki, A., Keiber, T., Bridges, F., Carter, S., Alers, G. 2014. Structure in multilayer films of zinc sulfide and copper sulfide via atomic layer deposition. Journal of Vacuum Science & Technology A, Vol. 32, p. 01A125. DOI: 10.1116/1.4847956.
  • [17] Sudha, V., Sangaranarayanan, M.V. 2005. Underpotential deposition of metals – Progress and prospects in modelling. Journal of Chemical Sciences, Vol. 117, p. 207-218. DOI: 10.1007/BF02709289.
  • [18] Chiu, Y.D., Dow, W.P., Liu, Y.F., Lee, Y.L., Yau, S.L., Huang, S.M. 2011. Copper Underpotential Deposition on Gold in the Presence of Polyethylene Glycol and Chloride. International Journal of Electrochemical Sciences, Vol. 6, p. 3416-3426.
  • [19] Taguchi, S., Kondo, M., Mori, H., Aramata, A. 2013. Formation of zinc–oxianion complex adlayer by underpotential deposition of Zn on Au(1 1 1) electrode: Preferential formation of zinc monohydrogen phosphate complex in weakly acidic solutions. Electrochimica Acta, Vol. 111, p. 642-655. DOI: 10.1016/j.electacta.2013.07.217.
  • [20] Biçer, M., Aydın, A.O., Şişman, İ. 2010. Electrochemical synthesis of CdS nanowires by underpotential deposition in anodic alumina membrane templates. Electrochimica Acta, Vol. 55, p. 3749-3755. DOI: 10.1016/j.electacta.2010.02.015.
  • [21] Innocenti, M., Cinotti, S., Bencista, I., Carretti, E., Becucci, L., Di Benedetto, F., Lavacchi, A., Foresti, M.L. 2014. Electrochemical Growth of Cu-Zn Sulfides of Various Stoichiometries. Journal of The Electrochemical Society, Vol. 161, p. D14-D17. DOI: 10.1149/2.021401jes.
  • [22] Rusi, M.S.R. 2016. Effects of Electrodeposition Mode and Deposition Cycle on the Electrochemical Performance of MnO2-NiO Composite Electrodes for High-Energy-Density Supercapacitors. Plos One, Vol. 11, p. e0154566. DOI: 10.1371/journal.pone.0154566.
  • [23] Palomar Pardave, M., Aldane Gonzalez, J., Botello, L.E., Arce Estrada, E.M., Ramirez Silva, M.T., Mostany, J., Romero Romo, M. 2017. Influence of Temperature on the Thermodynamics and Kinetics of Cobalt Electrochemical Nucleation and Growth. Electrochimica Acta, Vol. 241, p. 162-169. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.04.126.
  • [24] Cheng, S., Chen, G., Chen, Y., Huang, C. 2006. Effect of deposition potential and bath temperature on the electrodeposition of SnS film. Optical Materials, Vol. 29, p. 439-444. DOI: 10.1016/j.optmat.2005.10.018.
  • [25] Tylka, M.M., Willit, J.L., Williamson, M.A. 2017. Electrochemical Nucleation and Growth of Uranium and Plutonium from Molten Salts. Journal of The Electrochemical Society, Vol. 164, p. H5327-H5335. DOI: 10.1149/2.0471708jes.
  • [26] Garfias-Garcia, E., Palamor-Pardave, M., Romero- Romo, M., Ramirez-Silva, M.T., Batina, N. 2007. Kinetic Mechanism of Copper UPD Nucleation and Growth on Mono and Polycrystalline Gold. ECS Transactions, Vol. 3, p. 35-43. DOI: 10.1149/1.2795610.
  • [27] Cottrell, F.G. 1902. Der reststrom bei galvanischer polarisation, betrachtet als ein diffusionsproblem. Zeitschrift für Physikalische Chemie, Vol. 42, p. 385- 431. DOI: 10.1515/zpch-1903-4229.
  • [28] Dogel, J. 2004. Electrochemical SPM Study of 2D and 3D Phase Formation of Zn at the Ionic Liquid /Au(111) Interface. Universitätsverlag Karlsruhe, Karlsruhe.
Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi-Cover
  • ISSN: 1302-9304
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1999
  • Yayıncı: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Bir Karbon Tutulum Depolama Teknolojisi-Oksiyanma’nın Akışkan Yataklı Sistemde Deneysel Olarak İncelenmesi

Ufuk KAYAHAN

Barajın Kısmi ve Ani Yıkılması Durumlarında Oluşan Taşkın Dalgalarının Çarpıtılmış Fiziksel Model ile Deneysel Olarak Araştırılması

Tanıl ARKIŞ, Mehmet Şükrü GÜNEY

Telsiz Duyarga Ağlarda Byzantine Saldırılarının Topluluk Öğrenme-tabanlı Tespiti

Vahid AKRAM, Pelin YILDIRIM TAŞER

Türkiye Erkek Milli Basketbol Takımının FIBA EuroBasket Turnuvasındaki Başarısının Doğrusal Karma Etkiler Modelleri ile Değerlendirilmesi

Melike KAYA BAHÇECİTAPAR, Simge ILGIM HORAT, Serpil AKTAŞ ALTUNAY

AISI M2 Takım Çeliğinin Mikroyapısı ve Mekanik Davranışları Üzerine Derin Kriyojenik Isıl İşlemin ve Temperlemenin Etkisi

Abdullah SERT

Zamana Bağlı Doğal Uçlaşma Ölçümleri ve Eğilimden Arındırılmış Dalgalanma Analizi(EADA): İzmir-Urla Örneği

Petek SINDIRGI, Nur SUNGURLU

X-R Kontrol Kartları ve Çok Boyutlu Ölçekleme Analizi Kullanılarak Çayeli Bakır İşletmelerinin İstatistiksel Proses Kontrolü

Volkan ARSLAN

Telsiz Duyarga Ağlarda Bizans Saldırılarının Topluluk Öğrenme-tabanlı Tespiti

Vahid Khalilpour AKRAM, Pelin YILDIRIM TAŞER

Konvolüsyonel Sinir Ağı Tabanlı YOLO Yöntemi ile Orta Kulak Otoskop Görüntülerinde Timpanik Membran Bölgesinin Belirlenmesi

Erdal BAŞARAN, Zafer CÖMERT, Yüksel ÇELİK, Subha VELAPPAN, Mesut TOĞAÇAR

Bor Nanoparçacıklarının Doğal Taşınımla Isı Transferinde Nanoakışkan Olarak Kullanımının İncelenmesi ve Karşılaştırılması

Birol ŞAHİN