Розробка гібридного органічного тонкоплівкового фотоелектричного елемента TiO2-SiO2 на основі рисового лушпиння

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.324761

Ключові слова:

рисове лушпиння, гібрид TiO2-SiO2, тонкоплівкова фотоелектрика, транспорт заряду, поглинання світла, рухливість електронів, фотострум

Анотація

У цій роботі досліджується синтез, характеристика та фотоелектричні характеристики гібридної органічної тонкої плівки TiO2-SiO2 на основі рисового лушпиння, яка служить фотоактивним шаром в органічній фотоелектричній (OPV) комірці. Об’єктом дослідження є гібридна тонка плівка TiO2-SiO2, отримана з рисового лушпиння, розроблена для покращення перетворення сонячної енергії в застосуваннях OPV. Звичайні тонкі плівки TiO2 зазвичай демонструють низьку ефективність через обмежену рухливість електронів, малу площу поверхні та слабке поглинання фотонів. Щоб подолати ці обмеження, діоксид кремнію (SiO2) був стабільно витягнутий з рисового лушпиння та інтегрований з TiO2 для формування гібридного матеріалу з покращеними структурними та електронними властивостями. Структурний аналіз підтвердив утворення пористого композиту, який покращує розділення зарядів і сприяє більш ефективному транспорту електронів. Оптичні дослідження виявили підвищене поглинання фотонів у УФ-видимому спектрі завдяки синергетичним взаємодіям між TiO2 і SiO2. Аналіз XRD показав, що гібридна структура покращує кристалічність і потенційно підвищує рухливість носія. Крім того, ефект поверхневої пасивації SiO2 допомагає зменшити рекомбінацію заряду шляхом пом’якшення дефектних станів у матриці TiO2. Виготовлений пристрій OPV досяг напруги холостого ходу 0,72 В, щільності струму короткого замикання 4,6 мА/см² і коефіцієнта конверсії потужності 2,8 %, що перевищує продуктивність звичайних елементів на основі TiO2. Це покращення пояснюється оптимізованим транспортуванням заряду та покращеною міжфазною взаємодією. Цей підхід демонструє стійкий і економічно ефективний шлях для високоефективних тонкоплівкових сонячних елементів, що використовують сільськогосподарські відходи, особливо корисний для регіонів з великою кількістю сонячної енергії та обмеженою технологічною інфраструктурою

Біографії авторів

Tulus Subagyo, Universitas Yudharta Pasuruan; Brawijaya University

Doctor Candidate of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Denny Widhiyanuriyawan, Universitas Brawijaya

Doctor of Engineering

Department of Mechanical Engineering

Agung Sugeng Widodo, Universitas Brawijaya

Doctor of Engineering

Department of Mechanical Engineering

Willy Satrio Nugroho, Universitas Brawijaya

Doctor of Engineering

Department of Mechanical Engineering

I Nyoman Gede Wardana, Universitas Brawijaya

Doctor of Engineering

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Koe, W. S., Lee, J. W., Chong, W. C., Pang, Y. L., Sim, L. C. (2019). An overview of photocatalytic degradation: photocatalysts, mechanisms, and development of photocatalytic membrane. Environmental Science and Pollution Research, 27 (3), 2522–2565. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07193-5
  2. Hamidi, N., Yuliati, L., Purnami, P., Faiz, N. M. (2024). Thermogravimetric Analysis Of Pulverized Rice Husk Waste Catalytic Combustion With Natural Zeolit. International Journal of Mechanical Engineering Technologies and Applications, 5 (2), 186–194. https://doi.org/10.21776/mechta.2024.005.02.7
  3. Dalanta, F., Kusworo, T. D., Aryanti, N. (2022). Synthesis, characterization, and performance evaluation of UV light-driven Co-TiO2@SiO2 based photocatalytic nanohybrid polysulfone membrane for effective treatment of petroleum refinery wastewater. Applied Catalysis B: Environmental, 316, 121576. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121576
  4. Soenoko, R., Purnami, Dewi, F. G. U. (2017). Second stage cross flow turbine performance. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 12 (6). Available at: https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2017/jeas_0317_5818.pdf
  5. Shen, Y. (2017). Rice husk silica derived nanomaterials for sustainable applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 453–466. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.115
  6. Sharma, R., Sharda, H., Dutta, A., Dahiya, A., Chaudhary, R., Singh, A. et al. (2023). Optimizing green hydrogen production: Leveraging load profile simulation and renewable energy integration. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (96), 38015–38026. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.179
  7. Rehman, M. ur, Wang, H., Han, Q., Shen, Y., Yang, L., Lu, X. et al. (2024). Phyllosilicate-derived Ni/SiO2 catalyst for liquid-phase hydrodeoxygenation of phenol: Synergy of Lewis acid sites and Ni0. Fuel, 378, 132891. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.132891
  8. Li, Y., Huang, X., Sheriff, H. K. M., Forrest, S. R. (2022). Semitransparent organic photovoltaics for building-integrated photovoltaic applications. Nature Reviews Materials, 8 (3), 186–201. https://doi.org/10.1038/s41578-022-00514-0
  9. Solak, E. K., Irmak, E. (2023). Advances in organic photovoltaic cells: a comprehensive review of materials, technologies, and performance. RSC Advances, 13 (18), 12244–12269. https://doi.org/10.1039/d3ra01454a
  10. Pei, J., Wang, X., Huang, X., Lv, H., Li, Y. (2024). A TiO2-based hybrid solar cell device fabricated by employing interfacial modification and morphology control strategies. Optical Materials, 147, 114662. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.114662
  11. Wang, X., Yang, J., Wang, X., Zhang, R., Cui, X., Wang, N., Song, J. (2023). Preparation, Characterization and Hydrothermal Stability of Hydrophobic TiO2/SiO2 Membrane. Integrated Ferroelectrics, 234 (1), 126–142. https://doi.org/10.1080/10584587.2023.2191557
  12. Tharani, D., Ananthasubramanian, M. (2023). Influence of pre-treatment processes on the purity and characteristics of silica extracted from rice husk. Biomass Conversion and Biorefinery, 14 (11), 12517–12529. https://doi.org/10.1007/s13399-022-03728-y
  13. Attafi, D., Meftah, A., Boumaraf, R., Labed, M., Sengouga, N. (2021). Enhancement of silicon solar cell performance by introducing selected defects in the SiO2 passivation layer. Optik, 229, 166206. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2020.166206
  14. Dwidiani, N. M., Suardana, N. P. G., Wardana, I. N. G., Septiadi, W. N., Suryawan, A. A. A. (2024). The Prediction of Photoactive Semiconductor Potential of Bio-Activated Rice Husk Ash Using Analytical Method. Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, 45 (4), 375–383. Available at: https://journal.csme.org.tw/vol_file.aspx?lang=en&fid=20240903232257
  15. Ayanda, O. S., Mmuoegbulam, A. O., Okezie, O., Durumin Iya, N. I., Mohammed, S. E., James, P. H. et al. (2024). Recent progress in carbon-based nanomaterials: critical review. Journal of Nanoparticle Research, 26 (5). https://doi.org/10.1007/s11051-024-06006-2
  16. Purnami, P., Satrio Nugroho, W., Wardana, I. N. G., Permanasari, A. A., Sukarni, S., Gandidi, I. M. et al. (2025). The impact of radio–green light interaction on hydrogen evolution reaction inhibition of carbon based electrophotocatalyst. Carbon Resources Conversion, 100308. https://doi.org/10.1016/j.crcon.2025.100308
  17. Zhu, J., Jin, G., Qin, L. (2023). High-efficiency and cost-effective manufacturing of solar cells based on localized surface plasmonic resonance. Optical Materials, 141, 113897. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113897
  18. Purnami, P., N, W. S., Tama, I. P., W, W., Sofi’i, Y. K., Wardana, I. (2025). The analytic hierarchy process for the selection of water electrolysis electromagnetic ionization booster. Electrochimica Acta, 512, 145499. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.145499
  19. Jiang, Y., Li, Y., Liu, F., Wang, W., Su, W., Liu, W. et al. (2023). Suppressing electron-phonon coupling in organic photovoltaics for high-efficiency power conversion. Nature Communications, 14 (1). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40806-9
  20. Safari-Gezaz, M., Parhizkar, M., Asghari, E. (2024). Investigation of the structural properties of Si4+-doped HAP coatings on Ti-6Al-4V substrate as a corrosion barrier in biomedical media. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 699, 134742. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134742
  21. Nawaz, R., Saad, M., Bahadur, A., Iqbal, S., Mahmood, S., Zidan, A. et al. (2025). Designing an innovative 2D/2D step scheme α-Fe2O3/BiOBr/MoS2 ternary integrated heterojunction with unparalleled visible-light-induced remarkable photocatalytic H2 evolution. International Journal of Hydrogen Energy, 99, 112–122. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.12.201
  22. Pliskin, W. A., Esch, R. P. (1965). Refractive Index of SiO2 Films Grown on Silicon. Journal of Applied Physics, 36 (6), 2011–2013. https://doi.org/10.1063/1.1714393
  23. Wang, F., Li, J., Zhang, X., Sun, Q., Zheng, B., Zhang, X. et al. (2021). Structural Design for Controlling the Lattice Strain Relaxation Process in TiO2/SiO2 Core–Shell Nanoparticles. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 9 (49), 16796–16807. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06572
  24. Giuliano, F., Reggiani, S., Gnani, E., Gnudi, A., Rossetti, M., Depetro, R., Croce, G. (2022). Characterization and numerical analysis of breakdown in thick amorphous SiO2 capacitors. Solid-State Electronics, 192, 108256. https://doi.org/10.1016/j.sse.2022.108256
  25. Wang, J., Cui, Y., Xu, Y., Xian, K., Bi, P., Chen, Z. et al. (2022). A New Polymer Donor Enables Binary All‐Polymer Organic Photovoltaic Cells with 18% Efficiency and Excellent Mechanical Robustness. Advanced Materials, 34 (35). https://doi.org/10.1002/adma.202205009
Розробка гібридного органічного тонкоплівкового фотоелектричного елемента TiO2-SiO2 на основі рисового лушпиння

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-23

Як цитувати

Subagyo, T., Widhiyanuriyawan, D., Widodo, A. S., Nugroho, W. S., & Wardana, I. N. G. (2025). Розробка гібридного органічного тонкоплівкового фотоелектричного елемента TiO2-SiO2 на основі рисового лушпиння. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(12 (134), 17–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.324761

Номер

Том 2 № 12 (134) (2025): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Tulus Subagyo, Denny Widhiyanuriyawan, Agung Sugeng Widodo, Willy Satrio Nugroho, I Nyoman Gede Wardana

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.