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Optimierung von p-GaP-Halbleitermaterialien zur photoelektrochemischen Wasserspaltung

Fertig, Dominic (2015)
Optimierung von p-GaP-Halbleitermaterialien zur photoelektrochemischen Wasserspaltung.
Technische Universität Darmstadt
Ph.D. Thesis, Primary publication

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur Charakterisierung und Optimierung der oberflächenphysikalischen Eigenschaften von p-dotierten Galliumphosphid-Einkristallen zur Anwendung als photoelektrochemische Zelle für die Wasserspaltung unternommen. Charakterisiert wurden die Proben unter Ultrahochvakuumbedingungen (UHV) mittels elektronenspektroskopischer Messmethoden, wie XPS, UPS, IPES und AES, sowie durch Beugung langsamer Elektronen (LEED). Zur Bestimmung der Effizienz der Zelle wurden Cyclovoltammetriemessungen (CV) mit verschiedenen Elektrolyten durchgeführt. Um die Grenzfläche im Bezug auf Bandanpassung, Transporteigenschaften und Stabilität gegenüber dem Elektrolyten weiter zu optimieren, wurden verschiedene dünne Schichten Zinkoxid, Zinndioxid und Galliumnitrid durch RF-Magnetron-Sputtern und reaktives Sputtern abgeschieden. Zudem wurde durch Aufbringen von Platinpartikeln als Katalysator via physikalischer Dampfabscheidung (PVD) versucht, die photoelektrochemische Wasserspaltungsreaktion zu beschleunigen. Hierbei ist es gelungen, einen großen Teil der Resultate aus den oberflächenphysikalischen Messungen auf das Verhalten in der Photoelektrochemie zu übertragen. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen auf eine starke Abhängigkeit von der Art der Oberflächenpräparation, der Rekonstruktion in den verschiedenen Kristallorientierungen und den damit einhergehenden Oberflächenzuständen schließen.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2015
Creators: Fertig, Dominic
Type of entry: Primary publication
Title: Optimierung von p-GaP-Halbleitermaterialien zur photoelektrochemischen Wasserspaltung
Language: German
Referees: Jaegermann, Prof. Wolfram ; Elsäßer, Prof. Wolfgang
Date: October 2015
Place of Publication: Darmstadt
Refereed: 17 September 2015
URL / URN: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5009
Abstract:

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zur Charakterisierung und Optimierung der oberflächenphysikalischen Eigenschaften von p-dotierten Galliumphosphid-Einkristallen zur Anwendung als photoelektrochemische Zelle für die Wasserspaltung unternommen. Charakterisiert wurden die Proben unter Ultrahochvakuumbedingungen (UHV) mittels elektronenspektroskopischer Messmethoden, wie XPS, UPS, IPES und AES, sowie durch Beugung langsamer Elektronen (LEED). Zur Bestimmung der Effizienz der Zelle wurden Cyclovoltammetriemessungen (CV) mit verschiedenen Elektrolyten durchgeführt. Um die Grenzfläche im Bezug auf Bandanpassung, Transporteigenschaften und Stabilität gegenüber dem Elektrolyten weiter zu optimieren, wurden verschiedene dünne Schichten Zinkoxid, Zinndioxid und Galliumnitrid durch RF-Magnetron-Sputtern und reaktives Sputtern abgeschieden. Zudem wurde durch Aufbringen von Platinpartikeln als Katalysator via physikalischer Dampfabscheidung (PVD) versucht, die photoelektrochemische Wasserspaltungsreaktion zu beschleunigen. Hierbei ist es gelungen, einen großen Teil der Resultate aus den oberflächenphysikalischen Messungen auf das Verhalten in der Photoelektrochemie zu übertragen. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen auf eine starke Abhängigkeit von der Art der Oberflächenpräparation, der Rekonstruktion in den verschiedenen Kristallorientierungen und den damit einhergehenden Oberflächenzuständen schließen.

Alternative Abstract:
Alternative abstract Language

In the present work investigations of p-doped gallium phosphide single cristal surface for characterizing and optimizing the physical propertiess as a device for photoelectrochemical water splitting were conducted. The samples have been characterized under ultra high vacuum conditions (UHV) using photoelectron spectroscopy like XPS, UPS, IPES and AES as well as low energy electron diffraction (LEED). To determine the efficiency of the photoelectrochemical cell, cyclo-voltammetric measurements (CV) with different electrolytes were obtained. For further optimization of the interface by means of band alignment, transport properties and stability against the electrolyte, various thin films of zinc oxide, tin dioxide and gallium nitride have been deposited by RF-magnetron sputtering and reactive sputtering techniques. Additionally the attempt was made to evaporate platinum particles via physical vapor deposition (PVD), to enhance the photoelectrochemical water splitting reaction. In this respect it was possible, to correlate the surface physical properties to the behavior in the photoelectrochemistry. These findings indicate a strong dependence on the surface preparation and reconstruction in different crystal orientations with respect to surface states.

English
Uncontrolled Keywords: p-GaP, gallium phosphide, photoelectrochemical water splitting, XPS, UPS, IPES, CV, LEED
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
p-GaP, gallium phosphide, photoelectrochemical water splitting, XPS, UPS, IPES, CV, LEEDEnglish
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-50091
Classification DDC: 500 Science and mathematics > 500 Science
500 Science and mathematics > 530 Physics
500 Science and mathematics > 540 Chemistry
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Surface Science
Date Deposited: 25 Oct 2015 20:55
Last Modified: 25 Oct 2015 20:55
PPN:
Referees: Jaegermann, Prof. Wolfram ; Elsäßer, Prof. Wolfgang
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 17 September 2015
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
p-GaP, gallium phosphide, photoelectrochemical water splitting, XPS, UPS, IPES, CV, LEEDEnglish
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