Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Metadata-only

Influence of ytterbium (Yb) dopant on the optical properties of electrochemically deposited zinc oxide (ZnO) films

Creators

  • 1. University of Nigeria
  • 2. Michael Okpara University of Agriculture

Description

Abstract Undoped and ytterbium-doped ZnO films were synthesized on fluorine-doped tin oxide (FTO) conductive substrates using zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO 3 ).6H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), ytterbium nitrate penta-hydride (Yb (NO 3 ) 3 .5H 2 O) as sources of Zn 2+ , O 2− and Yb 2+ ions respectively through electrodeposition method. The structure, elemental composition, and optical features were determined via x-ray diffractometry (XRD), Energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX), UV–visible spectrophotometry (UV–vis), four-point probe technique, and scanning electron microscopy respectively. The impact of Yb on ZnO crystallographic, elemental, optical, and energy band gap features of the ZnO materials have been studied. Structural results revealed polycrystalline films while the EDX spectrum affirms the presence of the basic elemental composition of deposits. The optical result showed high absorbance feature and decreased energy band gaps of zinc oxide films after introducing ytterbium as dopant. The energy band gap value observed for the undoped zinc oxide film which was 3.05 eV recorded a decreased range from 2.79 eV to 2.64 eV upon doping. The films exhibited increasing resistivity with thickness and granular nanocrystals distributed over the substrate surface. The low transmitting property and decreased energy band gaps of the Yb-doped ZnO films make it useful materials for solar thermal energy collectors and photovoltaic applications.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم تصنيع أغشية أكسيد الزنك غير المنشطة والإيتربيوم على ركائز موصلة من أكسيد القصدير المشبع بالفلور باستخدام أيونات الزنك 2 + و O 2 - و Yb 2+ على التوالي من خلال طريقة الترسيب الكهربائي. تم تحديد البنية والتكوين الأولي والسمات البصرية عبر قياس حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطياف الأشعة السينية المشتت للطاقة (EDX)، وقياس الطيف الضوئي المرئي للأشعة فوق البنفسجية (UV - vis)، وتقنية المسبار رباعي النقاط، ومجهر المسح الإلكتروني على التوالي. تمت دراسة تأثير Yb على ميزات فجوة نطاق البلورات ZnO والعناصر والبصريات والطاقة لمواد ZnO. كشفت النتائج الهيكلية عن أغشية متعددة البلورات بينما يؤكد طيف EDX وجود التركيب الأساسي للرواسب. أظهرت النتيجة البصرية ميزة امتصاص عالية وانخفضت فجوات نطاق الطاقة لأغشية أكسيد الزنك بعد إدخال الإيتربيوم كمشروب. سجلت قيمة فجوة نطاق الطاقة الملحوظة لفيلم أكسيد الزنك غير المشبع الذي كان 3.05 إلكترون فولت نطاقًا منخفضًا من 2.79 إلكترون فولت إلى 2.64 إلكترون فولت عند تعاطي المنشطات. أظهرت الأغشية مقاومة متزايدة مع سماكة وبلورات نانوية حبيبية موزعة على سطح الركيزة. إن خاصية الإرسال المنخفضة وفجوات نطاق الطاقة المنخفضة لأفلام ZnO المشبعة بـ Yb تجعلها مواد مفيدة لمجمعات الطاقة الحرارية الشمسية والتطبيقات الكهروضوئية.

Translated Description (French)

Résumé Des films de ZnO non dopés et dopés à l'ytterbium ont été synthétisés sur des substrats conducteurs d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) en utilisant du nitrate de zinc hexahydraté (Zn (NO 3) .6H 2 O), de l'hydroxyde de sodium (NaOH), du nitrate d'ytterbium penta-hydrure (Yb (NO 3) 3 .5H 2 O) comme sources d'ions Zn 2 + , O 2 − et Yb 2+ respectivement par procédé d'électrodéposition. La structure, la composition élémentaire et les caractéristiques optiques ont été déterminées respectivement par diffractométrie aux rayons X (DRX), spectroscopie aux rayons X à dispersion d'énergie (EDX), spectrophotométrie UV–visible (UV–vis), technique de sonde à quatre points et microscopie électronique à balayage. L'impact du Yb sur les caractéristiques cristallographiques, élémentaires, optiques et de bande interdite d'énergie du ZnO des matériaux ZnO a été étudié. Les résultats structuraux ont révélé des films polycristallins tandis que le spectre EDX affirme la présence de la composition élémentaire de base des dépôts. Le résultat optique a montré une caractéristique d'absorbance élevée et une diminution des bandes interdites d'énergie des films d'oxyde de zinc après l'introduction de l'ytterbium comme dopant. La valeur de la bande interdite d'énergie observée pour le film d'oxyde de zinc non dopé qui était de 3,05 eV a enregistré une plage réduite de 2,79 eV à 2,64 eV lors du dopage. Les films présentaient une résistivité croissante avec une épaisseur et des nanocristaux granulaires répartis sur la surface du substrat. La faible propriété de transmission et les bandes interdites réduites des films ZnO dopés au Yb en font des matériaux utiles pour les capteurs d'énergie solaire thermique et les applications photovoltaïques.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las películas de ZnO sin dopar y dopadas con iterbio se sintetizaron en sustratos conductores de óxido de estaño (FTO) dopados con flúor utilizando nitrato de zinc hexahidrato (Zn(NO 3 ).6H 2 O), hidróxido de sodio (NaOH), nitrato de iterbio penta-hidruro (Yb (NO 3 ) 3 .5H 2 O) como fuentes de iones Zn 2+ , O 2- e Yb 2+ respectivamente a través del método de electrodeposición. La estructura, la composición elemental y las características ópticas se determinaron mediante difractometría de rayos X (XRD), espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (edX), espectrofotometría UV–visible (UV–vis), técnica de sonda de cuatro puntos y microscopía electrónica de barrido, respectivamente. Se ha estudiado el impacto del Yb en las características cristalográficas, elementales, ópticas y de brecha de banda de energía del ZnO de los materiales de ZnO. Los resultados estructurales revelaron películas policristalinas, mientras que el espectro edX afirma la presencia de la composición elemental básica de los depósitos. El resultado óptico mostró una alta característica de absorbancia y una disminución de las brechas de banda de energía de las películas de óxido de zinc después de introducir iterbio como dopante. El valor de brecha de banda de energía observado para la película de óxido de zinc no dopada, que era de 3,05 eV, registró un rango disminuido de 2,79 eV a 2,64 eV tras el dopaje. Las películas exhibieron una resistividad creciente con el espesor y los nanocristales granulares distribuidos sobre la superficie del sustrato. La baja propiedad de transmisión y la disminución de las brechas de banda de energía de las películas de ZnO dopadas con Yb lo convierten en materiales útiles para colectores de energía solar térmica y aplicaciones fotovoltaicas.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير إشابة الإيتربيوم (Yb) على الخصائص البصرية لأغشية أكسيد الزنك المترسبة كهروكيميائياً (ZnO)
Translated title (French)
Influence du dopant à l'ytterbium (Yb) sur les propriétés optiques des films d'oxyde de zinc (ZnO) déposés par voie électrochimique
Translated title (Spanish)
Influencia del dopante de iterbio (Yb) en las propiedades ópticas de las películas de óxido de zinc (ZnO) depositadas electroquímicamente

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3115762120
DOI
10.1088/2053-1591/abd5d6

Is supplement to
https://openalex.org/W4245763285 (Other)
https://openalex.org/W3173404886 (Other)
https://openalex.org/W2808940911 (Other)
https://openalex.org/W2760942457 (Other)
https://openalex.org/W2227030050 (Other)
https://openalex.org/W2134557349 (Other)
https://openalex.org/W2072456327 (Other)
https://openalex.org/W2006986759 (Other)
https://openalex.org/W1982653982 (Other)
https://openalex.org/W110584757 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Nigeria

References

  • https://openalex.org/W1929653655
  • https://openalex.org/W1946546309
  • https://openalex.org/W1966505798
  • https://openalex.org/W1973405303
  • https://openalex.org/W1992788204
  • https://openalex.org/W2021932921
  • https://openalex.org/W2024745050
  • https://openalex.org/W2036331393
  • https://openalex.org/W2038639168
  • https://openalex.org/W2066047385
  • https://openalex.org/W2087353034
  • https://openalex.org/W2123384762
  • https://openalex.org/W2181833826
  • https://openalex.org/W2183774265
  • https://openalex.org/W2188253901
  • https://openalex.org/W2323003151
  • https://openalex.org/W2467915269
  • https://openalex.org/W2533385723
  • https://openalex.org/W2608638904
  • https://openalex.org/W2624710383
  • https://openalex.org/W2748255207
  • https://openalex.org/W2756744216
  • https://openalex.org/W2773120923
  • https://openalex.org/W2793186662
  • https://openalex.org/W2795022899
  • https://openalex.org/W2890114260
  • https://openalex.org/W2914699751
  • https://openalex.org/W2957264391
  • https://openalex.org/W2975181991
  • https://openalex.org/W2983905726
  • https://openalex.org/W2991755360
  • https://openalex.org/W2999352413
  • https://openalex.org/W2999923476
  • https://openalex.org/W3000098855
  • https://openalex.org/W3006439322
  • https://openalex.org/W3006664016
  • https://openalex.org/W3009271389
  • https://openalex.org/W3027946927
  • https://openalex.org/W323277880
  • https://openalex.org/W4237859620
  • https://openalex.org/W4241573964
  • https://openalex.org/W4285719527
  • https://openalex.org/W4382140574