Gallium nitride (GaN) là một chất bán dẫn đã được khẳng định trong các ứng dụng quang điện tử. Nó có khe năng lượng rộng 3,4 eV và do đó có thể bị kích thích trong vùng cận tia cực tím. Một ứng dụng đầy hứa hẹn của GaN là sử dụng nó làm điện cực quang thúc đẩy các phản ứng quang xúc tác như phân tách nước để tạo ra H2 mà không tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch hoặc phát thải CO2. Đối với các ứng dụng như vậy, khả năng chống ăn mòn của các điện cực quang trong môi trường nước là một trong những yếu tố chính quyết định tuổi thọ của chúng và do đó đóng vai trò quan trọng đối với khả năng ứng dụng của chúng trong chuyển đổi năng lượng mặt trời hiệu quả cao. Các thí nghiệm quang xúc tác đã chứng minh rằng dưới ánh sáng tia cực tím, GaN loại n hoạt động như điện cực dương quang tạo ra oxy và GaN loại p hoạt động như điện cực âm quang tạo ra hydro. Trong công trình này, sự suy thoái của GaN trong các điều kiện khác nhau được nghiên cứu. Cụ thể, khả năng chống ăn mòn của các điện cực quang GaN nguyên chất và được phủ kim loại trong môi trường nước được nghiên cứu bằng các phép đo điện hóa. Hơn nữa, ảnh hưởng của điện thế đặt vào bên ngoài dưới tác động của ánh sáng cũng như tác động của ứng suất quang dẫn lâu dài cũng được nghiên cứu. Quan sát thấy rằng, khi không có ánh sáng chiếu, bề mặt GaN và giao diện GaN-kim loại khá ổn định trong phạm vi điện thế rộng, trong khi chúng bị suy thoái khi tiếp xúc với tia UV. Song song với chất bán dẫn III-V GaN, magie silicide bán dẫn (Mg2Si) là một loại vật liệu thay thế chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng như GaN trong việc sử dụng làm điện cực quang. Đây là một ứng cử viên đầy triển vọng cho các lớp hấp thụ hiệu quả và chi phí thấp để chuyển đổi năng lượng mặt trời. Ứng dụng chính của nó cho đến nay là vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao.

Abstract:

Gallium nitride (GaN) is a well-established semiconductor in opto-electronic applications. It has a wide band gap of 3.4 eV and is thus excitable in the near-UV range. A promising application of GaN is its use as a photoelectrode driving photocatalytic reactions such as water splitting for generation of H2 without consumption of fossil fuel or emission of CO2. For such applications the corrosion resistance of the photoelectrodes in aqueous media is one of the main factors determining their lifetimes and thus plays an important role for their applicability for highly efficient solar energy conversion. It has been demonstrated in photocatalytic experiments that under UV-illumination n-type GaN acts as oxygen-evolving photoanode and p-type GaN as hydrogen-evolving photocathode. In the present work, the degradation of GaN under various conditions is investigated. Specifically, the corrosion resistance of pure and metal-coated GaN photoelectrodes in aqueous media is studied by electrochemical measurements. Furthermore, the influence of an externally applied potential under light excitation as well as the effect of long-term photoinduced stress are investigated. It is observed that without illumination the GaN surfaces and GaN-metal interfaces are rather stable for a broad potential range, whereas they undergo degradation when exposed to UV light. Parallel to the III-V semiconductor GaN, semiconducting magnesium silicide (Mg2Si) presents an alternative material type which is not as well characterized as GaN in its use as photoelectrode. It is a promising candidate for low-cost and efficient absorber layers for solar energy conversion. Its main application so far is as a high-performance thermoelectric material.

Ngôn ngữ:	eng
Tác giả:	Ehrig, Carina
Thông tin nhan đề:	Characterization of Inorganic Semiconductors for Solar Energy Conversion and their Stability in Aqueous Media
Nhà xuất bản:	FAU University Press
Loại hình:	Tài nguyên giáo dục mở / Bộ sưu tập: Điện tử - Viễn thông
Bản quyền:	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
Nguồn gốc:	https://library.oapen.org/handle/20.500.12657/109207
Mô tả vật lý:	256tr
Năm xuất bản:	2017