Визначення енергії Урбаха Eu і оптичної ширини забороненої зони Eg субмікронних плівок фулеренів С60 і С70. Залежності Eu і Eg цих плівок від їх товщини в діапазоні 20–5000 нм
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.5.303Ключові слова:
спектр поглинання, апроксимацiя, функцiя Гауса, фулерени С60 i С70, енергiя Урбаха, оптична ширина забороненої зониАнотація
Детально дослiджено довгохвильовий край спектрiв коефiцiєнта поглинання α плiвок фулеренiв С60 i С70 товщиною 20–5000 нм в областi 1,492–2,605 еВ. Вперше визначено величини ширини оптичної забороненої зони Eg i енергiї Урбаха Eu субмiкронних плiвок С60 i С70. Встановлено, що величина Eu зменшується, а величина Eg збiльшується при зростаннi товщини плiвок С60 i С70 вiд 20 до 5000 нм i вiд 20 до 1000 нм вiдповiдно. Найбiльше, промiжне i найменше значення Eg плiвок С60 i С70 одержано методами Таука, класичним i Кодi вiдповiдно. Середнє значення ⟨Eg⟩ спiвпадає з величиною Eg для класичного методу. Оцiнено середнi величини параметра ⟨α0⟩ експоненцiальних дiлянок довгохвильових крайових спектрiв α(E), якi значно бiльшi для плiвок С70. Довгохвильовi крайовi спектри α(E) апроксимовано експоненцiальними лiнiями з параметрами ⟨α0⟩, ⟨Eg⟩ i Eu.
Посилання
1. H.W. Kroto, J.R. Heath, S.C. O'Brien, R.F. Curl, R.E. Smalley. C60: buckminsterfullerene. Nature 318 (6042), 162 (1985).
https://doi.org/10.1038/318162a0
2. A. Graja, J.-P. Farges. Optical spectra of C60 and C70 complexes. Their Similarities and differences. Adv. Mater. Opt. Electron. 8, 215 (1998).
https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0712(1998090)8:5<215::AID-AMO338>3.3.CO;2-R
3. L. Benatto, C.F.N. Marchiori, T. Talka, M. Aramini, N.A.D. Yamamoto, S. Huotari, L.S. Roman, M. Koehler. Comparing C60 and C70 as acceptor in organic solar cells: Influence of the electronic structure and aggregation size on the photovoltaic characteristics. Thin Solid Films. 697, 137827 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.137827
4. Y. Yi, V. Coropceanu, J.-L. Br'edas. Exciton-dissociation and charge-recombination processes in pentacene/C60 solar cells: Theoretical insight into the impact of interface geometry, J. Am. Chem. Soc. 131 (43), 15777 (2009).
https://doi.org/10.1021/ja905975w
5. P. Brown, P.V. Kamat. Quantum dot solar cells. Electrophoretic deposition of CdSe-C60 composite films and capture of photogenerated electrons with nC60 cluster shell. J. Am. Chem. Soc. 130 (28), 8890 (2008).
https://doi.org/10.1021/ja802810c
6. H. Yi, D. Huang, L. Qin, G. Zeng, C. Lai, M. Cheng, S. Ye, B. Song, X. Ren, X. Guo. Selective prepared carbon nanomaterials for advanced photocatalytic application in environmental pollutant treatment and hydrogen production, Appl. Catal. B 239, 408 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.068
7. P. Mroz, G.P. Tegos, H. Gali, T. Wharton, T. Sarna, M.R. Hamblin. Photodynamic therapy with fullerenes. Photoch. Photobid. Sci. 6 (11), 1139 (2007).
https://doi.org/10.1039/b711141j
8. S. Afreen, K. Muthoosamy, S. Manickam, U. Hashim. Functionalized fullerene (C60) as a potential nanomediator in the fabrication of highly sensitive biosensors. Biosens. Bioelectron. 63, 354 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.bios.2014.07.044
9. S. Pfuetzner, J. Meiss, A. Petrich, M. Riede, K. Leo. Improved bulk heterojunction organic solar cells employing C70 fullerenes. Appl. Phys. Lett. 94 (22), 223307 (2009).
https://doi.org/10.1063/1.3148664
10. W. Mech, P. Piotrowski, K. Zarebska, K.P. Korona, M. Kaminska, M. Skompska, A. Kaim. The impact of the presence of aromatic rings in the substituent on the performance of C60/C70 fullerene - based acceptor materials in photovoltaic cells. J. Electron. Mater. 51, 6995 (2022).
https://doi.org/10.1007/s11664-022-09929-5
11. H. Ajie, M.M. Alvarez, S.J. Anz, R.D. Beck, F. Diederich, K. Fostiropoulos, D.R. Kraetschmer, M. Rubin, K.E. Schriver, D. Sensharma, R.L. Whetten. Characterization of the soluble all-carbon molecules C60 and C70. J. Phys. Chem. 94, 8630 (1990).
https://doi.org/10.1021/j100387a004
12. Gorishnyi M.P. Surface morphology of the films of the C60/C70 fullerene mixture. Identification of C60 and C70 in the C60/C70 films using absorption spectra. Ukr. J. Phys. 68 (5), 318 (2023).
13. J. Tauc, R. Grigorovici, A. Vancu. Optical properties and electronic structure of amorphous Germanium. Phys. Stat. Sol. 15, 627 (1966).
https://doi.org/10.1002/pssb.19660150224
14. A. Skumanich, A. Frova, N.M. Amer. Urbach tail and gap states in hydrogenated α-SiC and α-SiGe alloys. Solid State Commun. 54 (7), 597 (1985).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(85)90086-9
15. A. Scumanich. Optical absorption spectra of carbon 60 thin films from 0.4 to 6.2 eV. Chem. Phys. Lett. 182 (5), 486 (1991).
https://doi.org/10.1016/0009-2614(91)90112-M
16. A. Scumanich. Optical spectra of fullerenes: C60 a new amorphous semiconductor? Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 270, 299 (1992).
https://doi.org/10.1557/PROC-270-299
17. W. Zhou, S. Xie, S. Qian, T. Zhou, R. Zhao, G. Wang, L. Qian, W. Li. Optical absorption spectra of C70 thin films. J. Appl. Phys. 80 (1), 489 (1996).
https://doi.org/10.1063/1.362747
18. V.K. Dolganov, O.V. Zharikov, I.N. Kremenskaja, K.P. Meletov, Yu.A. Ossipyan. High pressure study of the absorption edge of crystalline C60/C70 mixture. Solid State Commun. 83 (1), 63 (1992).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(92)90014-Z
19. K.P. Meletov, V.K. Dolganov, Yu.A. Ossipyan. Absorption spectra of fullerite C70 at pressures up to 10 GPa. Solid State Commun. 87 (7), 639 (1993).
https://doi.org/10.1016/0038-1098(93)90129-B
20. T. Gotoh, S. Nonomura, H. Watanabe, S. Nitta, D. Han. Temperature dependence of the optical-absorption edge in C60 thin films. Phys. Rev. B 58 (15), 10060 (1998).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.10060
21. E.Yu. Kolyadina, L.A. Matveeva, P.L. Neluba, E.F. Venger. Analysis of the fundamental absorption edge of the films obtained from the C60 fullerene molecular beam in vacuum and effect of internal mechanical stresses on it. Semicond. Phys. Quant. Electron. Optoelectron. 18 (3), 349 (2015).
https://doi.org/10.15407/spqeo18.03.349
22. A.R. Zanatta. Revisiting the optical bandgap of semiconductors and the proposal unified methodology to its determination. Sci. Rep. 9, 11225 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-47670-y
23. M. Fox. Optical Properties of Solids (Oxford Univ. Press, 2008), chap. 1-3 [ISBN: 978-0-19-850613-3].
24. P.Y.Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors (Springer, Berlin, 1996), chap. 6 [ISBN: 3-540-61461-3].
25. A.R. Forouhi, I. Bloomer. Optical properties of crystalline semiconductors and dielectrics. Phys. Rev. B 38 (3), 1865 (1988).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.38.1865
26. G.D. Cody, B.G. Brooks, B. Abeles. Optical absorption above the optical gap of amorphous silicon hydride. Solar Energy Mater. 8 (1-3), 231 (1982).
https://doi.org/10.1016/0165-1633(82)90065-X
27. J. Klein, L. Kampermann, B. Mockenhaupt, M. Behrens, J. Strunk, G. Bacher. Limitations of the Tauc plot method. Adv. Funct. Mater. 33, 2304523 (2023).
https://doi.org/10.1002/adfm.202304523
28. N. Sharma, K. Prabakar, S. Ilango, S. Dash, A.K. Tyagi. Optical band-gap and associated Urbach energy tails in defected AIN thin films grown by ion beam sputter deposition: Effect of assisted ion energy. Adv. Mater. Proc. 2 (5), 342 (2017).
https://doi.org/10.5185/amp.2017/511
29. W. Kr¨atschmer, L. Lamb, K. Fostiropoulos, D.R. Huffman. Solid C60: a new form of carbon. Nature 347, 354 (1990).
https://doi.org/10.1038/347354a0
30. S. Kazaoui, N. Minami, Y. Tanabe, M.J. Burne, A. Eilmes, P. Petelenz. Comprehensive analysis of intermolecular charge-transfer excited states in C60 and C70 films. Phys. Rev. B 58 (12), 7689 (1998).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
