Production and Characterization of Alkali Metal Doped ZnO Materials

Year 2024, , 1230 - 1241, 25.06.2024

Fatma Aydın Ünal

https://doi.org/10.47495/okufbed.1373257

Abstract

One of the key elements of the dye-sensitized solar cell (DSSC) is photoanode materials. Zinc oxide (ZnO) is among the most commonly used semiconductor materials among photoanode materials. ZnO has advantages such as being low cost, non-toxic, abundant in nature, environmentally friendly, and excellent chemical and mechanical stability. Moreover, ZnO is widely used and recognized as an important semiconductor photocatalyst due to its direct bandwidth of approximately 3,37 eV. In this study, potassium (K) alkali metal-doped ZnO (K/ZnO) powders, one of the 1A group alkali metals, were synthesized according to the sol-gel method. The structural, chemical, morphological, and optical properties of the resulting powder were characterized. UV absorption results showed that the optical energy band gap of 10 % mol K/ZnO was obtained directly and indirectly as 1,61 eV and 1,56 eV, respectively, and compared to both pure ZnO and K-doped ZnO samples in the literature, the energy band gap values of the potassium dopant were obtained. was observed to decrease.

Keywords

ZnO, Sol-gel, Potassium, Synthesis, Characterization

Alkali Metal Katkılı ZnO Malzemesinin Üretimi ve Karakterizasyonu

Abstract

Boyaya duyarlı güneş pilinin (BDGP) temel elemanlarından biri fotoanot malzemeleridir. Fotoanot malzemeleri arasında en yaygın kullanılan yarı iletken malzemeler arasında çinko oksit (ZnO) yer almaktadır. ZnO'nun düşük maliyetli olması, toksik olmaması, doğada bol miktarda bulunması, çevre dostu olması, mükemmel kimyasal ve mekanik stabilite gibi avantajları vardır. Ayrıca ZnO, yaklaşık 3,37 eV'lik doğrudan bant genişliği nedeniyle yaygın olarak kullanılmakta ve önemli bir yarı iletken fotokatalizör olarak tanınmaktadır. Bu çalışmada 1A grubu alkali metallerden biri olan potasyum (K) alkali metal katkılı ZnO (K/ZnO) tozu sol-jel metoduna göre sentezlenmiştir. Elde edilen tozun yapısal özelliği XRD, kimyasal, morfolojik özellikleri SEM/EDX ve optik özellikleri UV-Vis analizleriyle karakterize edilmiştir. UV absorpsiyon sonuçları, %10 mol K katkılı ZnO’nun optik enerji bant aralığının direkt ve indirekt olarak sırasıyla 1,61 eV ve 1,56 eV olarak elde edildiğini göstermiş olup hem literatürdeki saf ZnO hem de K katkılı ZnO örneği ile karşılaştırıldığında potasyum katkısının optik enerji bant aralığı değerini düşürdüğü gözlenmiştir.

Keywords

ZnO, Sol-jel, Potasyum, Sentez, Karakterizasyon

References

• Athma PV., Johns N., Anila EI., Safeera TA. Structural and optical characterization of potassium doped zinc oxide nanosheets. Optical Materials 2014; 38: 223-227.
• Au BWC., Chan KY. Sodium and potassium doped P-type ZnO films by sol-gel spin-coating technique. Applied Physics A 2017; 123: 1-9.
• Aydın Ünal F., Ünal M., Ataşer T., Özçelik S. Synthesis, characterization, photocatalytic application of Gd/K co‐doped ZnO. International Journal of Applied Ceramic Technology 2024; 21: 349–357.
• Aydın Ünal F. Synthesis and characterization of (La, Cu) co-doped CeO2 nanomaterials used as electrolyte material in SOFC applications. Applied Physics A 2023; 129(11): 817.
• Azeez HH., Barzinjy AA., Hamad SM. Structure, synthesis and applications of ZnO nanoparticles: A review. Jordan Journal of Physics 2020; 13(2): 123-135.
• Baizid A., Mokadem A., Ouerdane A., Bouslama MH., Benchenane H., Kharroubi B., Halati MS. First principles calculation of structural, electronic and optical properties of K-doped ZnO. Computational Condensed Matter 2021; 27: e00558.
• Bu IYY. Direct formation of p-type ZnO by using potassium hydroxide. Optik 2018; 159: 87-93.