Silicon nanowire arrays synthesized using the modified MACE process: Integration into chemical sensors and solar cells

Abstract

In this work, the influence of the technological process for metal-assisted chemical etching on surface morphology and electrophysical properties of obtained nanostructures has been investigated. It has been demonstrated that the obtained structures with a high aspect ratio could be used both in sensors and solar cells. It has been shown that application of the metal-assisted chemical etching (MACE) process enables to significantly improve the short-circuit current density in silicon solar cells (up to 29 mA/cm2). Also, the possibility of detection of hydrogen peroxide and glucose (via enzymatic reaction) by resistor-like sensors with nanostructured silicon as the sensitive area has been demonstrated with the sensitivity up to 2.5…2.75 mA/V•%.

Sensors Based on Nanoscale Silicon 1D Structures for Industrial, Environmental and Medical Monitoring

“…Крім того, високе відношення поверхні до об'єму, добрі змочуваність і хемосорбційні властивості, біосумісність і контрольовані фізичні та електричні властивості роблять SiNWs унікальними кандидатами для застосування в датчиках фізичних та хімічних величин. Кремнієві нанонитки використовуються переважно в газових сенсорах для аналізу летких органічних сполук (парів етанолу [18], нафти [19], формальдегіду [20]) та неорганічних газів (аміаку [21], вуглекислого газу [22], водню [23], оксиду азоту [24]), а також в сенсорах рідин (глюкози [25], перекису водню [25], етанолу [26], іонів важких металів [27], рівня pH [28]) та сенсорах фізичних величин (вологи [29], температури [30], освітленості [31]). На сьогодні бракує оглядових робіт щодо прикладного застосування кремнієвих нанониток в різних видах сенсорів, особливо з технологічної точки зору.…”

“…17 Принцип дії сенсора парів оксиду азоту на основі OTS/SiNWs [54] Рис. 18 Структура сенсора глюкози на основі SiNWs [25] Структурно електрохімічний сенсор глюкози являє собою робочий електрод на основі кремнієвих нанониток з осадженим на його поверхні каталізатором ( Pd-Ni/SiNWs ), а також платинового протиелектроду та електроду порівняння Ag/AgCl .…”

“…Принцип дії сенсора полягає у збільшенні опору сенсора при зростанні концентрації аналіту (Рис. H O , включаючи оптичні (флуоресценцію, хемілюмінесценцію, спектрофотометрію) [25], електрохімічні [25] та резистивні [25]. Серед них електрохімічний аналіз отримав широке застосування завдяки своїм перевагам: швидка реакція, висока чутливість і виняткова селективність.…”

“…Для створення таких сенсорів використовувався кремній діркового типу провідності з питомим опором 1Ом см ⋅ [25]. SiNWs були виготовлені за допомогою двохстадійного методу метало-стимульованого хімічного травлення.…”

“…Чутливість сенсора перекису водню на основі кремнієвих нанониток оцінювали як кут нахилу залежності струму за постійної напруги від концентрації аналіту і досягала мА 2, 62 В % ⋅ . При цьому спостерігалась залежність від часу травлення в процесі МАСЕ під час виготовлення кремнієвих нанониток, яка полягала в тому, що збільшення часу травлення з 30 до 90 хв призводить до більш розвиненої морфології поверхні Si і зростання чутливості більш, ніж у два рази [25].…”