Beschreibung
Galliumnitrid (GaN) ist ein etablierter Halbleiter in optoelektronischen Anwendungen. Mit einer Bandlücke von 3.4 eV ist es im nahen UV Bereich anregbar. Eine vielversprechende Anwendung von GaN ist seine Verwendung als Photoelektrode um photokatalytische Reaktionen, wie zum Beispiel Wasserspaltung zur H2 Erzeugung, zu ermöglichen, ohne fossile Brennstoffe zu verbrauchen oder CO2 auszustoßen. In solchen Anwendungen ist die Korrosionsbeständigkeit der Photoelektroden in wässrigen Medien einer der Hauptfaktoren, der ihre Lebensdauer bestimmt und daher eine wichtige Rolle für ihre Anwendbarkeit in hoch effizient arbeitenden Solarenergieumwandlungen spielt. In photokatalytischen Experimenten wurde gezeigt, dass n-GaN unter UV Beleuchtung als sauerstoffentwickelnde Photoanode und p-GaN als wasserstoffentwickelnde Photokathode fungieren. In der vorliegenden Arbeit wird die Degradation von GaN unter verschiedenen Einflüssen untersucht. In elektrochemischen Messungen wird die Korrosionsbeständigkeit von reinen GaN Photoelektroden sowie von metallbeschichteten GaN Photoelektroden in wässrigen Medien gemessen. Weiterhin werden der Einfluss eines extern angelegten Potentials unter Lichtanregung sowie der Effekt von langzeit-photo-induziertem Stress untersucht. Es wurde festgestellt, dass die GaN Oberflächen ohne Beleuchtung sowohl mit als auch ohne Metallbeschichtung in einem weiten Potentialbereich eher stabil bleiben, wohingegen sie unter UV Licht degradieren.
Parallel zum III-V Halbleiter GaN stellt halbleitendes Magnesiumsilizid (Mg2Si) einen alternativen Materialtyp dar, welcher bezüglich seiner Verwendbarkeit als Photoelektrode nicht so gut charakterisiert ist wie GaN. Es ist ein vielversprechender Kandidat für preiswerte und effiziente Absorberschichten für die Solarenergieumwandlung. Seine bisherige Hauptverwendung findet es als hochleistungs-thermoelektrisches Material. Allerdings ist wenig bekannt über seine Eignung als photo-aktives Material. Halbleitendes Mg2Si ist die einzig stabile Phase im Mg2Si System. Es hat eine niedrige indirekte Bandlücke von 0.78 eV. Sein hoher Absorptionskoeffizient macht es weiterhin zu einem interessanten Material für die Herstellung von dünnen Solarzellen. In der vorliegenden Arbeit werden Mg2Si Dünnschichten durch thermisches Verdampfen von Mg auf Si Substraten sowie durch Sputtern von einem Mg2Si Target auf Siliziumwafer oder Glassubstrate mit anschließender Temperung hergestellt. Dies resultiert in der Bildung von glatten Mg2Si Schichten, deren Dicke durch die Temper-Temperatur sowie die Menge des aufgebrachten Magnesiums variiert werden kann. Die Mg2Si Filme werden hinsichtlich ihrer morphologischen, elektrischen und optischen Eigenschaften charakterisiert. Außerdem werden Messungen bezüglich der Photoaktivität von Mg2Si sowie dessen Stabilität in wässrigen Medien diskutiert.
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