Μετρήσεις ηλεκτροχημικής εμπέδησης και ανάλυση Mott-Schottky πορώδους TiO2 ευαισθητητοποιημένου με CdSe

Abstract

Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη των διαγραμμάτων Mott-Schottky ημιαγώγιμων ηλεκτροαποθεμάτων CdSe επί υποστρωμάτων Ti και πορώδους TiO2 σε επαφή με διαφορετικά διαλύματα, μεταβάλλοντας τόσο τις παραμέτρους των μετρήσεων εμπέδησης (διαφορετικές συχνότητες), όσο και την δομή των δειγμάτων με θερμική κατεργασία. Τα πειράματα που πραγματοποιήσαμε αποτελούν μέρος της έρευνας που σχετίζεται με την ανάπτυξη φωτοευαισθητοποιημένων ηλεκτροδίων TiO2 για εφαρμογές σε ηλιακά συστήματα (dye-sensitized solar cells). Το θεωρητικό μέρος αποτελείται από τα τέσσερα πρώτα κεφαλαία στα οποία περιγράφονται κάποιες βασικές έννοιες που αφορούν την φωτοηλεκτροχημεία και την ηλεκτροχημική εμπέδηση. Ειδικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται βασικά στοιχεία για τους ημιαγωγούς II-IV και για την διαδικασία ηλεκτροαπόθεσης τους, στο δεύτερο κεφαλαίο περιγράφεται η επαφή ημιαγωγού-ηλεκτρολύτη και κάποιες βασικές αρχές της θεωρίας της φωτοηλεκτροχημείας ημιαγωγών, στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή για τα φωτοευαισθητοποιημένα στοιχεία TiO2 και τέλος στο τέταρτο κεφαλαίο παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της ηλεκτροχημικής εμπέδησης καθώς και η εξίσωση Mott-Schottky. Στο πειραματικό μέρος το οποίο περιλαμβάνει τα κεφαλαία πέντε έως οχτώ περιγράφεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε για να πραγματοποιηθούν τα πειράματα της ηλεκτροχημικής εμπέδησης, συνοψίζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών και τέλος παρουσιάζονται ορισμένα συμπεράσματα. Συγκεκριμένα, στο πέμπτο κεφαλαίο αναφέρονται τα στάδια που ακολουθήθηκαν για την ανοδίωση του μεταλλικου Ti και στην συνέχεια για την καθοδική ηλεκτροαπόθεση σεληνιούχου καδμίου (CdSe) σε επιφάνεια Ti ή σε επιφάνεια TiO2, στο έκτο κεφάλαιο περιγράφονται τα πειράματα ηλεκτροχημικής εμπέδησης που πραγματοποιήθηκαν, στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των παραπάνω πειραμάτων καθώς και η επεξεργασία τους έτσι ώστε να καταλήξουμε στα τελικά συμπεράσματα τα οποία παρατίθενται στο όγδοο κεφαλαίο.

This work regards a study of Mott-Schottky plots for polycrystalline CdSe/Ti and CdSe/TiO2 electrodes in the dark and under illumination, in various electrolytic solutions. The influence of certain impedance parameters, such as frequency and scan rate, as well as of the thermal treatment of samples was investigated. The present experiments constitute part of a research concerning the use of photosensitized TiO2 electrodes in dye-sensitized solar cells. The theoretical part consists of the four first chapters in which basic principles and concepts concerning photoelectrochemistry and electrochemical impedance are surveyed. Specifically, in the first chapter, concepts concerning II-IV semiconductors and their electrodeposition process are presented. In the second chapter, the basic elements of a semiconductor–electrolyte contact are described, and illustrating concepts of photoelectrochemistry are given. In the third chapter, an introduction is provided to the properties of photosensitized TiO2 electrodes and in the fourth chapter certain basic principles and concepts concerning electrochemical impedance as well as the equation Mott-Schottky are presented. In the experimental part of this work (chapters five to eight), we describe the process of electrochemical impedance measurements and analysis, and summarise the experimental results. Specifically, in the fifth chapter, the anodization method of metallic titanium and the cathodic electrodeposition of cadmium selenide (CdSe) on the surface of titanium (Ti) or titanium dioxide (TiO2) are presented. The sixth chapter regards the description of electrochemical impedance experiments, and the seventh chapter the presentation of the results of these experiments. In the eighth chapter, the final conclusions are given.