Přejít k obsahu


Post-annealing of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS: A step towards effective water splitting

Citace:
BATKOVÁ, Š., ČAPEK, J., HOUŠKA, J., HAVIAR, S., ČERSTVÝ, R., DUCHOŇ, T. Post-annealing of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS: A step towards effective water splitting. Plzeň, 2017.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Post-annealing of Ta–O–N films prepared by reactive HiPIMS: A step towards effective water splitting
Rok vydání: 2017
Autoři: Ing. Šárka Batková , Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Ing. Radomír Čerstvý , Tomáš Duchoň
Abstrakt CZ: Materiál TaON je slibný jako fotokatalyzátor rozkládající vodu na H2 a O2 po ozáření viditelným světlem. Rozkladu se zde účastní vygenerované páry elektron-díra. Aby materiál takto fungoval, musí splňovat jisté podmínky: (1) správně široký zakázaný pás, (2) správně zarovnaný zakázaný pás vůči redoxním potenciálům rozkladu vody a (3) vysoce krystalickou strukturu zajišťující efektivní transport elektronů a děr. K přípravě vrstev v této práci jsme použili reaktivní HiPIMS (vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování) s reaktivními plyny přiváděnými do oblasti hustého plazmatu před terčem. To nám umožnilo efektivně kontrolovat složení vrstev a tedy i jejich vlastností. Byli jsme schopni naladit zakázaný pás na absorpci viditelného světla za současného zachování jeho zarovnání. Nicméně připravené vrstvy byly amorfní. Abychom zlepšili transport elektronů materiálem, vrstvy jsme vyžíhali při 900 °C ve vakuu. Po vyžíhání obsahovaly vrstvy připravené při optimálních podmínkách čistou fázi TaON. Rezistivita, která vypovídá o transportu elektronů, po žíhání výrazně klesla. Dostali jsme tedy tenkovrstvý materiál se správně širokým (~ 2,6 eV) a zarovnaným zakázaným pásem a zlepšenou elektronovou pohyblivostí.
Abstrakt EN: The TaON material is a promising candidate for application as a visible-light-driven photocatalyst splitting water into H2 and O2 and thus converting solar energy into chemical energy. The photogenerated electron-hole pairs act here as the active water splitting species. In order to work as an effective water splitting photocatalyst, the material must satisfy certain conditions: (1) band gap of proper width (preferably corresponding to visible light absorption), (2) suitable alignment of the band gap with respect to the water splitting redox potentials and (3) highly crystalline structure allowing effective electron and hole transport through the film. To prepare the Ta–O–N films in this work, we used reactive HiPIMS with the reactive gases being introduced to a high-density plasma in front of the target. This approach made it possible to efficiently control the elemental composition and thus properties of the films by changing the nitrogen fraction in the reactive gas flow. We were able to tune the optical band gap for visible light absorption at preserved proper alignment. However, the as-deposited films exhibited amorphous structure. In order to enhance the electron transport through the films and possibly reduce the recombination rate of the photo-generated electron-hole pairs, the films were postannealed at 900 °C in vacuum. After annealing, Ta–O–N films prepared at a proper oxygen to nitrogen ratio exhibited a pure TaON phase. The change in electron transport was investigated by measuring electrical resistivity, which decreased considerably after annealing. As a result, we obtained a thin-film material with a properly aligned band gap of ~ 2.6 eV (corresponding to visible light absorption) and enhanced electron mobility.
Klíčová slova

Zpět

Patička