Спектроскопия комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции как многофункциональный инструмент для исследования материалов энергетики

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.

1. P. Y. Yu, M. Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties, 4th ed., Springer, Berlin (2010)

2. L. A. Falkovsky. Phys. Usp., 47 (2004) 249—272, https://doi.org/10.1070/PU2004v047n03ABEH001735

3. M. 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.2015.12.229

4. E. 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.2025.116654

5. M. Tajima. Appl. Phys. Lett., 32 (1978) 719—721, https://doi.org/10.1063/1.89897

6. N. 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.2021.108741

7. T. Shimaoka, H. Umezawa, K. Ichikawa, J. Pernot, S. Koizumi. Appl. Phys. Lett., 117 (2020) 103902(1—5), https://doi.org/10.1063/5.0020135

8. Gui Gui, Kan Zhang, J. P. Blanchard, Zhenqiang Ma. Appl. Rad. Isot., 107 (2016) 272—277, http://dx.doi.org/10.1016/j.apradiso.2015.11.001

9. Ziyi 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/10.1063/5.0101096

10. Z. Movahedian, H. Tavakoli-Anbaran. J. Energy Storage, 72C (2023) 108485, https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108485

11. N. V. Surovtsev, I. N. Kupriyanov. Crystals, 7 (2017) 239(1—8), https://doi.org/10.3390/cryst7080239

12. O. 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.2017.03.065

13. S. 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.2017.11.004

14. M. 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.6.231

15. S. Rühle, M. Shalom, A. Zaban. Chem. Phys. Chem., 11 (2010) 2290—2304, https://doi.org/10.1002/cphc.201000069

16. H. Richter, Z. P. Wang, L. Ley. Solid State Commun., 39 (1981) 625—629, https://doi.org/10.1016/0038-1098(81)90337-9

17. L. Brus. J. Chem. Phys., 80 (1984) 4403—4409, https://doi.org/10.1063/1.447218

18. S. Gaponenko. Introduction to Nanophotonics, Cambridge University Press (2010)

19. A. J. Nozik. Chem. Phys. Lett., 457 (2008) 3—11, https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.03.094

20. A. 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/cr900289f

21. Y. 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.8b10318

22. E. A. Bondarenko, E. A. Streltsov, A. V. Mazanik, A. I. Kulak. Chem. ElectroChem., 6 (2019) 2474—2481, https://doi.org/10.1002/celc.201900394

23. E. 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.201702387

24. Jae 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.202001595

25. O. 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.2023.103017

26. Guozhao 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/C6TA05568K

27. S. C. Nunes, V. De Zea Bermudez, D. Ostrovskii, L. D. Carlos. Vib. Spectrosc., 40 (2006) 278—288, https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2005.11.003

28. Fan Zhu, Kai Xie, Lei Quan, Dongwen Gan. Solar Energy, 275 (2024) 112621, https://doi.org/10.1016/j.solener.2024.112621

29. A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051

30. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency

31. Yongguang 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.202006545

32. H. 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/10.1063/5.0158216

33. F. 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.201603326

34. M. 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/D3TA07598B

35. M. 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.2024.152522

36. M. 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.2022.101071

37. M. 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