Přejít k obsahu


HiPIMS deposition of Ta-O-N coatings for water splitting application

Citace:
ČAPEK, J., BATKOVÁ, Š., HOUŠKA, J., HAVIAR, S., DUCHOŇ, T. HiPIMS deposition of Ta-O-N coatings for water splitting application. San Diego, USA, 2018.
Druh: PŘEDNÁŠKA, POSTER
Jazyk publikace: eng
Anglický název: HiPIMS deposition of Ta-O-N coatings for water splitting application
Rok vydání: 2018
Autoři: Ing. Jiří Čapek Ph.D. , Ing. Šárka Batková , Doc. Ing. Jiří Houška Ph.D. , RNDr. Stanislav Haviar Ph.D. , Tomáš Duchoň
Abstrakt CZ: Jak bylo již dříve uvedeno, materiál Ta-O-N má vhodné vlastnosti (tj. šířku a zarovnání zakázaného pásu) pro rozklad vody na H2 a O2 při ozáření viditelným světlem (bez nutnosti přivádění napětí). To přináší možnost převést sluneční záření na užitečnou chemickou energii. Nicméně příprava efektivně fungujícího materiálu Ta-O-N je stále velkou výzvou. V této práci nejdříve ukazujeme, že vhodnou metodou pro nízkoteplotní (méně než 250 °C) depozici vrstev Ta-O-N s laditelným složením a tedy i vlastnostmi je vysokovýkonové pulzní magnetronové naprašování. Šířka zakázaného pásu může být optimalizována pro efektivní absorpci světla ve viditelné oblasti při zachování vhodného zarovnání zakázaného pásu vzhledem k reakcím vedoucím k rozkladu vody. Následně se v práci zaměřujeme na optimalizaci struktury vrstev pro zlepšený transport vytvořených párů elektron-díra. Za tímto účelem byly vrstvy Ta-O-N buď připraveny při zvýšených teplotách substrátu (850 °C – limit držáku substrátů) nebo po depozici žíhány ve vakuové komoře (do 900 °C). Rentgenová analýza připravených vzorků ukazuje, že vrstvy připravené za zvýšených teplot se skládají ze směsi oxidů a/nebo nitridů, zatímco žíhané vrstvy (s vhodným poměrem O/N) vykazují jedinou fázi TaON. Tato fáze TaON může být navíc vysoce texturovaná v případě použití vhodné mezivrstvy (např. Pt). Tato struktura je velice slibná pro rozklad vody díky snížené pravděpodobnosti rekombinace elektronů a děr.
Abstrakt EN: As previously reported, Ta-O-N material can provide appropriate properties (i.e., band gap width and alignment) for splitting of water into H2 and O2 under visible light irradiation (without any external voltage). This could bring a great possibility to convert the solar light into a useful chemical energy. However, it is still a big challenge to prepare Ta-O-N electrodes exhibiting efficient water splitting performance. In this work we first demonstrate that high-power impulse magnetron sputtering is a suitable technique for low-temperature (less than 250 °C) deposition of Ta-O-N coatings with a controllable oxygen to nitrogen (O/N) ratio and thus their properties. The band gap width of the coatings can be tuned for an effective visible light absorption at preserved proper alignment of the band gap with respect to the water splitting reactions. Subsequently, we focus on an optimization of the structure of the coatings with respect to the transport of the generated electron-hole pairs. For this purpose, the Ta-O-N coatings were either prepared at an elevated substrate temperature (up to 850 °C - limit of the substrate heater) or annealed in a vacuum furnace (up to 900 °C) after the deposition. The carried out X-ray diffraction analyses indicate that the coatings prepared at the elevated temperatures consist of a mixture of oxides and/or nitrides, while the annealed coatings (with a proper O/N ratio) are characterized by a single TaON phase. Moreover, the resulting TaON phase can be highly textured when a proper seeding layer (e.g., Pt) is used. This structure is very promising for the water splitting application due to a possibly reduced recombination rate of photogenerated electrons and holes.
Klíčová slova

Zpět

Patička