zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-2181Research ArticleСтатьиСпектроскопия комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции как многофункциональный инструмент для исследования материалов энергетикиRaman and Photoluminescence Spectroscopic Analysis as a Multifunctional Tool for Studying Energy MaterialsБаевВ. Г.BayevV. G.

Минск

Minsk

БриньА. А.BrinA. A.

Минск

Minsk

КазючицН. М.KazuchitsN. M.

Минск

Minsk

МазаникА. В.MazanikA. V.

Минск

Minsk

mazanikalexander@gmail.comСвитоИ. А.SvitoI. A.

Минск

Minsk

СтрельцовЕ. А.StreltsovE. A.

Минск

Minsk

Институт энергетики НАН БеларусиInstitute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusБелорусский государственный университетBelarusian State University202630032026932255263Copyright © Баев В.Г., Бринь А.А., Казючиц Н.М., Мазаник А.В., Свито И.А., Стрельцов Е.А., 20262026Баев В.Г., Бринь А.А., Казючиц Н.М., Мазаник А.В., Свито И.А., Стрельцов Е.А.Bayev V.G., Brin A.A., Kazuchits N.M., Mazanik A.V., Svito I.A., Streltsov E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/2181

Рассмотрены возможности методов спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР) и фотолюминесценции (ФЛ) для изучения материалов энергетики (анализа фазового состава, оценки совершенства кристаллической структуры и стабильности широкого круга материалов, изучения электродов для металл-ионных батарей, тестирования фотостабильности устройств фотовольтаики и т. д.). В частности, показана возможность оценки качества материала по спектральной ширине линии в спектре КР и интенсивности экситонной линии в спектре ФЛ, определения коррозионной стойкости, установления поведения электродов для металл-ионных батарей при их электрохимической поляризации методом operando КР-спектроскопии, установления фотоиндуцированных процессов, протекающих в солнечных элементах, путем совместной регистрации спектральных и фотоэлектрических характеристик и их эволюции при освещении.

The potential of Raman spectroscopy (RS) and photoluminescence (PL) for studying energy materials is discussed (phase composition analysis, assessment of crystal structure perfection and stability of a wide range of materials, study of electrodes for metal-ion batteries, photostability testing of photovoltaic devices, etc.). Specifically, the feasibility of assessing material quality based on the spectral linewidth in the RS spectrum and the intensity of the exciton line in the PL spectrum, determining corrosion resistance, establishing the behavior of electrodes for metal-ion batteries during their electrochemical polarization using operando Raman spectroscopy, and identifying ongoing photoinduced processes in solar cells by jointly recording the spectral and photoelectric characteristics and their evolution under illumination.

материалы энергетикикомбинационное рассеяние светафотолюминесценцияenergy materialsRaman scatteringphotoluminescenceВ.Г.Б., A.A.Б. и A.В.M. выражают благодарность отдельному проекту НАН Беларуси “Бетавольтаические преобразователи энергии на основе широкозонных полупроводников” (договор № 02/24/2024-26-236) за финансовую поддержку. И.А.С. и Е.А.С. выражают благодарность ГПНИ Республики Беларусь “Фотоника и электроника для инноваций” (задание 2.2.3) за финансовую поддержку. Aвторы выражают благодарность всем коллегам, принимавшим участие в формировании исследованных объектов. Aвторы благодарят к.ф.-м.н. Королик О.В. за участие в измерении спектров.ReferencesP. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties, 4th ed., Springer, Berlin (2010)P. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties, 4th ed., Springer, Berlin (2010)L. A. Falkovsky. Phys. Usp., 47 (2004) 249—272, https://doi.org/10.1070/PU2004v047n03ABEH001735L. A. Falkovsky. Phys. Usp., 47 (2004) 249—272, https://doi.org/10.1070/PU2004v047n03ABEH001735M. E. Kazyrevich, М. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, E. A. Streltsov, A. I. Kulak, C. Bhattacharya. Electrochim. Acta, 190 (2016) 612—619, https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.12.229M. E. Kazyrevich, М. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, E. A. Streltsov, A. I. Kulak, C. Bhattacharya. Electrochim. Acta, 190 (2016) 612—619, https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.12.229E. Bondarenko, A. I. Kulak, A. V. Mazanik, I. A. Svito, E. Streltsov. Opt. Mater., 159 (2025) 116654(1—8), https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.116654E. Bondarenko, A. I. Kulak, A. V. Mazanik, I. A. Svito, E. Streltsov. Opt. Mater., 159 (2025) 116654(1—8), https://doi.org/10.1016/j.optmat.2025.116654M. Tajima. Appl. Phys. Lett., 32 (1978) 719—721, https://doi.org/10.1063/1.89897M. Tajima. Appl. Phys. Lett., 32 (1978) 719—721, https://doi.org/10.1063/1.89897N. M. Kazuchits, V. N. Kazuchits, M. S. Rusetsky, A. V. Mazanik, V. A. Skuratov, K. S. Moe, A. M. Zaitsev. Diam. Rel. Mater., 121 (2022) 108741(1—6), https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108741N. M. Kazuchits, V. N. Kazuchits, M. S. Rusetsky, A. V. Mazanik, V. A. Skuratov, K. S. Moe, A. M. Zaitsev. Diam. Rel. Mater., 121 (2022) 108741(1—6), https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108741T. Shimaoka, H. Umezawa, K. Ichikawa, J. Pernot, S. Koizumi. Appl. Phys. Lett., 117 (2020) 103902(1—5), https://doi.org/10.1063/5.0020135T. Shimaoka, H. Umezawa, K. Ichikawa, J. Pernot, S. Koizumi. Appl. Phys. Lett., 117 (2020) 103902(1—5), https://doi.org/10.1063/5.0020135Gui Gui, Kan Zhang, J. P. Blanchard, Zhenqiang Ma. Appl. Rad. Isot., 107 (2016) 272—277, http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.11.001Gui Gui, Kan Zhang, J. P. Blanchard, Zhenqiang Ma. Appl. Rad. Isot., 107 (2016) 272—277, http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.11.001Ziyi Chen, Renzhou Zheng, Jingbin Lu, Xiaoyi Li, Yu Wang, Xue Zhang, Yuehui Zhang, Qiming Cui, Xinxu Yuan, Yang Zhao, Haolin Li. AIP Adv., 12 (2022) 085112, https://doi.org/10.1063/5.0101096Ziyi Chen, Renzhou Zheng, Jingbin Lu, Xiaoyi Li, Yu Wang, Xue Zhang, Yuehui Zhang, Qiming Cui, Xinxu Yuan, Yang Zhao, Haolin Li. AIP Adv., 12 (2022) 085112, https://doi.org/10.1063/5.0101096Z. Movahedian, H. Tavakoli-Anbaran. J. Energy Storage, 72C (2023) 108485, https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108485Z. Movahedian, H. Tavakoli-Anbaran. J. Energy Storage, 72C (2023) 108485, https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108485N. V. Surovtsev, I. N. Kupriyanov. Crystals, 7 (2017) 239(1—8), https://doi.org/10.3390/cryst7080239N. V. Surovtsev, I. N. Kupriyanov. Crystals, 7 (2017) 239(1—8), https://doi.org/10.3390/cryst7080239O. V. Korolik, S. A. D. Kaabi, K. Gulbinas, N. V. Mazanik, N. A. Drozdov, V. Grivickas. J. Lumin., 187 (2017) 507—512, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.03.065O. V. Korolik, S. A. D. Kaabi, K. Gulbinas, N. V. Mazanik, N. A. Drozdov, V. Grivickas. J. Lumin., 187 (2017) 507—512, https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.03.065S. Shyamal, P. Hajra, H. Mandal, A. Bera, D. Sariket, A. K. Satpati, M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, O. V. Korolik, A. I. Kulak, E. V. Skorb, Ajun Maity, E. A. Streltsov, C. Bhattacharya. Chem. Eng. J., 335 (2018) 676—684, https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.11.004S. Shyamal, P. Hajra, H. Mandal, A. Bera, D. Sariket, A. K. Satpati, M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, O. V. Korolik, A. I. Kulak, E. V. Skorb, Ajun Maity, E. A. Streltsov, C. Bhattacharya. Chem. Eng. J., 335 (2018) 676—684, https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.11.004M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, O. V. Korolik, Е. А. Streltsov, A. I. Kulak. Beilstein J. Nanotechnol., 6 (2015) 2252—2262, https://doi.org/10.3762/bjnano.6.231M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, O. V. Korolik, Е. А. Streltsov, A. I. Kulak. Beilstein J. Nanotechnol., 6 (2015) 2252—2262, https://doi.org/10.3762/bjnano.6.231S. Rühle, M. Shalom, A. Zaban. Chem. Phys. Chem., 11 (2010) 2290—2304, https://doi.org/10.1002/cphc.201000069S. Rühle, M. Shalom, A. Zaban. Chem. Phys. Chem., 11 (2010) 2290—2304, https://doi.org/10.1002/cphc.201000069H. Richter, Z. P. Wang, L. Ley. Solid State Commun., 39 (1981) 625—629, https://doi.org/10.1016/0038-1098(81)90337-9H. Richter, Z. P. Wang, L. Ley. Solid State Commun., 39 (1981) 625—629, https://doi.org/10.1016/0038-1098(81)90337-9L. Brus. J. Chem. Phys., 80 (1984) 4403—4409, https://doi.org/10.1063/1.447218L. Brus. J. Chem. Phys., 80 (1984) 4403—4409, https://doi.org/10.1063/1.447218S. Gaponenko. Introduction to Nanophotonics, Cambridge University Press (2010)S. Gaponenko. Introduction to Nanophotonics, Cambridge University Press (2010)A. J. Nozik. Chem. Phys. Lett., 457 (2008) 3—11, https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.03.094A. J. Nozik. Chem. Phys. Lett., 457 (2008) 3—11, https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.03.094A. J. Nozik, M. C. Beard, J. M. Luther, M. Law, R. J. Ellingson, J. C. Johnson. Chem. Rev., 110 (2010) 6873—6890, https://doi.org/10.1021/cr900289fA. J. Nozik, M. C. Beard, J. M. Luther, M. Law, R. J. Ellingson, J. C. Johnson. Chem. Rev., 110 (2010) 6873—6890, https://doi.org/10.1021/cr900289fY. Aniskevich, A. Antanovich, A. V. Prudnikau, M. Artemyev, A. V. Mazanik, G. Ragoisha, E. A. Streltsov. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 931—939, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10318Y. Aniskevich, A. Antanovich, A. V. Prudnikau, M. Artemyev, A. V. Mazanik, G. Ragoisha, E. A. Streltsov. J. Phys. Chem. C, 123 (2019) 931—939, https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b10318E. A. Bondarenko, E. A. Streltsov, A. V. Mazanik, A. I. Kulak. Chem. ElectroChem., 6 (2019) 2474—2481, https://doi.org/10.1002/celc.201900394E. A. Bondarenko, E. A. Streltsov, A. V. Mazanik, A. I. Kulak. Chem. ElectroChem., 6 (2019) 2474—2481, https://doi.org/10.1002/celc.201900394E. A. Bondarenko, E. A. Streltsov, M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, A. I. Kulak, E. V. Skorb. Adv. Mater., 29 (2017) 1702387(1—6), https://doi.org/10.1002/adma.201702387E. A. Bondarenko, E. A. Streltsov, M. V. Malashchonak, A. V. Mazanik, A. I. Kulak, E. V. Skorb. Adv. Mater., 29 (2017) 1702387(1—6), https://doi.org/10.1002/adma.201702387Jae Hyeon Jo, Y. Aniskevich, Jongsoon Kim, Ji Ung Choi, Hee Jae Kim, Young Hwa Jung, Docheon Ahn, Tae‐Yeol Jeon, Kug‐Seung Lee, Seok Hyun Song, Hyungsub Kim, G. Ragoisha, A. Mazanik, E. Streltsov, Seung‐Taek Myung. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 2001595(1—13), https://doi.org/10.1002/aenm.202001595Jae Hyeon Jo, Y. Aniskevich, Jongsoon Kim, Ji Ung Choi, Hee Jae Kim, Young Hwa Jung, Docheon Ahn, Tae‐Yeol Jeon, Kug‐Seung Lee, Seok Hyun Song, Hyungsub Kim, G. Ragoisha, A. Mazanik, E. Streltsov, Seung‐Taek Myung. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 2001595(1—13), https://doi.org/10.1002/aenm.202001595O. Kokits, Y. Aniskevich, A. Mazanik, O. Yakimenko, G. Ragoisha, Seung-Taek Myung, E. Streltsov. Energy Storage Mater., 63 (2023) 103017(1—9), https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103017O. Kokits, Y. Aniskevich, A. Mazanik, O. Yakimenko, G. Ragoisha, Seung-Taek Myung, E. Streltsov. Energy Storage Mater., 63 (2023) 103017(1—9), https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103017Guozhao Fang, Jiang Zhou, Caiwu Liang, Yangsheng Cai, Anqiang Pan, Xiaoping Tan, Yan Tang, Shuquan Liang. J. Mater. Chem. A, 4 (2016) 14408—14415, https://doi.org/10.1039/C6TA05568KGuozhao Fang, Jiang Zhou, Caiwu Liang, Yangsheng Cai, Anqiang Pan, Xiaoping Tan, Yan Tang, Shuquan Liang. J. Mater. Chem. A, 4 (2016) 14408—14415, https://doi.org/10.1039/C6TA05568KS. C. Nunes, V. De Zea Bermudez, D. Ostrovskii, L. D. Carlos. Vib. Spectrosc., 40 (2006) 278—288, https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2005.11.003S. C. Nunes, V. De Zea Bermudez, D. Ostrovskii, L. D. Carlos. Vib. Spectrosc., 40 (2006) 278—288, https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2005.11.003Fan Zhu, Kai Xie, Lei Quan, Dongwen Gan. Solar Energy, 275 (2024) 112621, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112621Fan Zhu, Kai Xie, Lei Quan, Dongwen Gan. Solar Energy, 275 (2024) 112621, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112621A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiencyhttps://www.nrel.gov/pv/cell-efficiencyYongguang Tu, Jiang Wu, Guoning Xu, Xiaoyu Yang, Rong Cai, Qihuang Gong, Rui Zhu, Wei Huang. Adv. Mater., 33 (2021) 2006545(1—22), https://doi.org/10.1002/adma.202006545Yongguang Tu, Jiang Wu, Guoning Xu, Xiaoyu Yang, Rong Cai, Qihuang Gong, Rui Zhu, Wei Huang. Adv. Mater., 33 (2021) 2006545(1—22), https://doi.org/10.1002/adma.202006545H. Afshari, S. A. Chacon, S. Sourabh, T. A. Byers, V. R. Whiteside, R. Crawford, G.E. Eperon, I. R. Sellers. APL Energy, 1 (2023) 026105(1—8), https://doi.org/10.1063/5.0158216H. Afshari, S. A. Chacon, S. Sourabh, T. A. Byers, V. R. Whiteside, R. Crawford, G.E. Eperon, I. R. Sellers. APL Energy, 1 (2023) 026105(1—8), https://doi.org/10.1063/5.0158216F. Lang, N. H. Nickel, J. Bundesmann, S. Seidel, A. Denker, S. Albrecht, V. V. Brus, J. Rappich, B. Rech, G. Landi, H. C. Neitzert. Adv. Mater., 28 (2016) 8726—8731, https://doi.org/10.1002/adma.201603326F. Lang, N. H. Nickel, J. Bundesmann, S. Seidel, A. Denker, S. Albrecht, V. V. Brus, J. Rappich, B. Rech, G. Landi, H. C. Neitzert. Adv. Mater., 28 (2016) 8726—8731, https://doi.org/10.1002/adma.201603326M. I. Ustinova, L. A. Frolova, A. V. Rasmetyeva, N. A. Emelianov, M. N. Sarychev, G. V. Shilov, P. P. Kushch, N. N. Dremova, G. A. Kichigina, A. I. Kukharenko, D. P. Kiryukhin, E. Z. Kurmaev, I. S. Zhidkov, P. A. Troshin. J. Mater. Chem. A, 12 (2024) 13219—13230, https://doi.org/10.1039/D3TA07598BM. I. Ustinova, L. A. Frolova, A. V. Rasmetyeva, N. A. Emelianov, M. N. Sarychev, G. V. Shilov, P. P. Kushch, N. N. Dremova, G. A. Kichigina, A. I. Kukharenko, D. P. Kiryukhin, E. Z. Kurmaev, I. S. Zhidkov, P. A. Troshin. J. Mater. Chem. A, 12 (2024) 13219—13230, https://doi.org/10.1039/D3TA07598BM. I. Ustinova, L. A. Frolova, A. V. Rasmetyeva, N. A. Emelianov, M. N. Sarychev, P. P. Kushch, N. N. Dremova, G. A. Kichigina, A. I. Kukharenko, D. P. Kiryukhin, E. Z. Kurmaev, I. S. Zhidkov, P. A. Troshin. Chem. Eng. J., 493 (2024) 152522, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152522M. I. Ustinova, L. A. Frolova, A. V. Rasmetyeva, N. A. Emelianov, M. N. Sarychev, P. P. Kushch, N. N. Dremova, G. A. Kichigina, A. I. Kukharenko, D. P. Kiryukhin, E. Z. Kurmaev, I. S. Zhidkov, P. A. Troshin. Chem. Eng. J., 493 (2024) 152522, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152522M. Lira-Cantu, J. V. Milić, E. A. Katz, P. Troshin, T. Watson, K. Brinkmann, A. B. Djurišić. Cell Rep. Phys. Sci., 3 (2022) 101071, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101071M. Lira-Cantu, J. V. Milić, E. A. Katz, P. Troshin, T. Watson, K. Brinkmann, A. B. Djurišić. Cell Rep. Phys. Sci., 3 (2022) 101071, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.101071M. Khenkin, Anoop K. M., I. Visoly-Fisher, S. Kolusheva, Y. Galagan, F. Di Giacomo, O. Vukovic, B. Patil, G. Sherafatipour, V. Turkovic, H.-G. Rubahn, M. Madsen, A. V. Mazanik, E. A. Katz. ACS Appl. Energy Mater., 1 (2018) 799—806, https://doi.org/10.1021/acsaem.7b00256M. Khenkin, Anoop K. M., I. Visoly-Fisher, S. Kolusheva, Y. Galagan, F. Di Giacomo, O. Vukovic, B. Patil, G. Sherafatipour, V. Turkovic, H.-G. Rubahn, M. Madsen, A. V. Mazanik, E. A. Katz. ACS Appl. Energy Mater., 1 (2018) 799—806, https://doi.org/10.1021/acsaem.7b00256

The authors declare that there are no conflicts of interest present.