We explore a strategy to counteract aging issues in TiO2/aluminium-doped ZnO bi-layers used in hybrid solar cells photo-anodes, mainly related to Zn diffusion in the TiO2 matrix. Different Ti4+ and Zn2+ local structures within the anatase grains and along the film thickness were found as a function of post-deposition annealing treatments in the range between 200 °C and 500 °C by synchrotron radiation extended x-ray absorption fine structure analyses. In particular, in the 500 °C-treated sample, diffusion of zinc species along the TiO2 grain-boundaries has been observed with aging (3 years). In contrast, a mild thermal budget at 200 °C favours a proper atomic arrangement of the zinc-containing anatase lattice which reduces Zn diffusion, thus guaranteeing a good stability with aging.

1.
H.
Tian
,
X.
Yu
,
J.
Zhang
,
W.
Duan
,
F.
Tian
, and
T.
Yu
,
Int. J. Electrochem. Sci.
7
,
4686
(
2012
).
2.
A.
Kojima
,
K.
Teshima
,
Y.
Shirai
, and
T.
Miyasaka
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
6050
(
2009
).
3.
B.
O'Reagan
and
M.
Graetzel
,
Nature
353
,
737
(
1991
).
5.
M. M.
Lee
,
J.
Teuscher
,
T.
Miyasaka
,
T. N.
Murakami
, and
H. J.
Snaith
,
Science
338
,
643
(
2012
).
6.
H. J.
Snaith
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
3623
(
2013
).
7.
M. Z.
Liu
,
M. B.
Johnston
, and
H. J.
Snaith
,
Nature
501
,
395
(
2013
).
8.
A.
Yella
,
H.-W.
Lee
,
H. N.
Tsao
,
C.
Yi
,
A. K.
Chandiran
,
M. K.
Nazeeruddin
,
E. W.-G.
Diau
,
C.-Y.
Yeh
,
S. M.
Zakeeruddin
, and
M.
Grätzel
,
Science
334
,
629
(
2011
).
9.
H.
Yum
,
E.
Baranoff
,
F.
Kessler
,
T.
Moehl
,
S.
Ahmad
,
T.
Bessho
,
A.
Marchioro
,
E.
Ghadiri
,
J. E.
Moser
,
C.
Yi
,
M. K.
Nazeeruddin
, and
M.
Grätzel
,
Nat. Commun.
631
,
3
(
2012
).
11.
Y.
Wu
,
X.
Yang
,
H.
Chen
,
K.
Zhang
,
C.
Qin
,
J.
Liu
,
W.
Peng
,
A.
Islam
,
E.
Bi
,
F.
Ye
,
M.
Yin
,
P.
Zhang
, and
L.
Han
,
Appl. Phys. Express
7
,
052301
(
2014
).
12.
J. H.
Heo
,
S. H.
Im
,
J. H.
Noh
,
T. N.
Mandal
,
C.-S.
Lim
,
J. A.
Chang
,
Y. H.
Lee
,
H.-J.
Kim
,
A.
Sarkar
,
Md. K.
Nazeeruddin
, and
M.
Grätzel
,
S. Il Seok, Nat. Photonics
80
,
1
(
2013
).
13.
A.
Alberti
,
G.
Pellegrino
,
G. G.
Condorelli
,
C.
Bongiorno
,
S.
Morita
,
A. La
Magna
, and
T.
Miyasaka
,
J. Phys. Chem. C
118
,
6576
(
2014
).
14.
A.
Alberti
,
L. De
Marco
,
G.
Pellegrino
,
G. G.
Condorelli
,
R.
Giannuzzi
,
R.
Scarfiello
,
M.
Manca
,
C.
Spinella
, and
G.
Gigli
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
6
,
6425
(
2014
).
15.
J.-H.
Noh
,
H. S.
Han
,
S.
Lee
,
D. H.
Kim
,
J. H.
Park
,
S.
Park
,
J. Y.
Kim
,
H. S.
Jung
, and
K. S.
Hong
,
J. Phys. Chem. C
114
,
13867
(
2010
).
16.
J.-H.
Qi
,
Y.
Li
,
T.-T.
Duong
,
H.-J.
Choi
, and
S.-G.
Yoon
,
J. Alloys Compd.
556
,
121
(
2013
).
17.
K.
Ravichandran
,
N. Jabena
Begum
,
K.
Swaminathan
, and
B.
Sakthivel
,
Superlattices Microstruct.
64
,
185
(
2013
).
18.
K.
Ravichandran
,
P.
Ravikumar
, and
B.
Sakthivel
,
Appl. Surf. Sci.
287
,
323
(
2013
).
19.
V.
Zardetto
,
T. M.
Brown
,
A.
Reale
, and
A. Di
Carlo
,
J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys.
49
,
638
(
2011
).
20.
W. A.
MacDonald
,
M. K.
Looney
,
D.
MacKerron
,
R.
Eveson
,
R.
Adam
,
K.
Hashimoto
, and
K.
Rakos
,
J. Soc. Inf. Disp.
15
,
1075
(
2007
).
21.
Y.
Jingbi
,
Z.
Hong
,
Y.
Yang
,
Q.
Chen
,
M.
Cai
,
T.-B.
Song
,
C.-C.
Chen
,
S.
Lu
,
Y.
Liu
,
H.
Zhou
, and
Y.
Yang
,
ACS Nano
8
,
1674
(
2014
).
22.
Y.
Kijitori
,
M.
Ikegami
, and
T.
Miyasaka
,
Chem. Lett.
36
,
190
(
2007
).
23.
T.
Miyasaka
,
M.
Ikegami
, and
Y.
Kijitori
,
J. Electrochem. Soc.
154
,
A455
(
2007
).
24.
T.
Miyasaka
,
Y.
Kijitori
, and
M.
Ikegami
,
Electrochemistry
75
,
2
(
2007
).
25.
T.
Miyasaka
,
J. Phys. Chem. Lett.
2
,
262
(
2011
).
26.
G.
Pellegrino
,
C.
Bongiorno
,
S.
Ravesi
, and
A.
Alberti
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
45
,
355301
(
2012
).
27.
K.
Tsuji
,
J.
Injuk
, and
R.
Van Grieken
,
X-ray Spectrometry: Recent Technological Advances
(
John Wiley &Sons, Ltd
,
Chichester
,
2004
).
28.
F.
Hippert
,
E.
Geissler
,
J.
Hodeau
,
E.
Lelievre-Berna
, and
J.
Regnard
,
Neutron and X-ray Spectroscopy
(
Springer
,
2006
).
29.
A.
Alberti
,
C.
Bongiorno
, and
G.
Pellegrino
,
Thin Solid Films
555
,
3
(
2014
).
30.
G.
Pellegrino
,
G. G.
Condorelli
,
F. De
Rossi
,
T. M.
Brown
,
F.
Giovenale
,
C.
Bongiorno
, and
A.
Alberti
,
Appl. Surf. Sci.
296
,
69
(
2014
).
31.
S.
Tanuma
,
C. J.
Powell
, and
D. R.
Penn
,
Surf. Interface Anal.
21
,
165
(
1994
).
32.
L. S.
Dake
,
D. R.
Baer
, and
J. M.
Zachara
,
Surf. Interface Anal.
14
,
71
(
1989
).
33.
J. A.
Bearden
and
A. F.
Burr
,
Rev. Mod. Phys.
39
,
125
(
1967
).
34.
L. A.
Grunes
,
Phys. ReV. B
27
,
2111
(
1983
).
35.
R. B.
Greegor
,
F. W.
Lytle
,
D. R.
Sandstrom
,
J.
Wong
, and
P.
Schultz
,
J. Non-Cryst. Solids
55
,
27
(
1983
).
36.
H.
Yamashita
,
Y.
Ichihashi
,
M.
Anpo
,
M.
Hashimoto
,
C.
Louis
, and
M.
Che
,
J. Phys. Chem.
100
,
16041
(
1996
).
37.
L. X.
Chen
,
T.
Rajh
,
Z.
Wang
, and
M. C.
Thurnauer
,
J. Phys. Chem. B
101
,
10688
(
1997
).
38.
H. C.
Choi
,
Y. M.
Jung
, and
S. B.
Kim
,
Vib. Spectrosc.
37
,
33
(
2005
).
You do not currently have access to this content.