@phdthesis{Das2015, author = {Das, Chittaranjan}, title = {Spectroscopic and electrochemical study of TiO₂/Si photocathode}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36924}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2015}, abstract = {Diese Dissertationsschrift besch{\"a}ftigt sich mit der Atomlagenabscheidung (ALD) d{\"u}nner TiO₂-Schichten auf p-Typ Silizium, untersucht die elektronischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten und beschreibt die elektrochemische Charakterisierung von TiO₂/Si-Photoelektroden. Die Abscheidungsparameter, die elektronischen Eigenschaften und die Stabilit{\"a}t der TiO₂/Si-Proben werden miteinander korreliert. Mittels der ALD-Technik wurden TiO₂-Schichten mit zwei verschiedenen Prekursoren (Titan- Isopropoxid und Titan-Methoxid) auf Si-Substraten abgeschieden. Labor- und Synchrotron basierte R{\"o}ntgen-Spektroskopietechniken wurden benutzt, um die abgeschiedenen Schichten zu charakterisieren. Die Qualit{\"a}t der Schichten wurde dabei mittels R{\"o}ntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) beurteilt, wobei die St{\"o}chiometrie, das Ti³⁺/Ti⁴⁺-Verh{\"a}ltnis sowie Defektzust{\"a}nde in den TiO₂-Filmen Kriterien darstellten. Um verschiedene Polymorphe von TiO₂ zu erhalten, wurde die Heizmethode der Schichten innerhalb der ALD-Prozedur variiert. Die elektronischen Eigenschaften amorpher und Anatas-TiO₂-Schichten wurden mittels Synchrotronstrahlung bestimmt und mit denen eines TiO₂-Rutil-Einkristalls verglichen. R{\"o}ntgen- Absorptionsspektroskopie (XAS) und resonante Photoelektronenspektroskopie (res-PES) wurden mit Synchrotronstrahlung durchgef{\"u}hrt. Dabei diente die XAS der Bestimmung der Art des Polymorphen und der elektronischen Struktur der TiO₂-Schichten. Res-PES-Messungen wurden an den O1s- und Ti2p- Kanten durchgef{\"u}hrt, um Auger-Prozesse mit multiplen Loch-Endzust{\"a}nden sowie polaronische und Ladungstransferzust{\"a}nde zu untersuchen und um die elektronische Bandl{\"u}cke der TiO₂-Schichten zu bestimmen. Eines der Hauptergebnisse dieser Arbeit stellt die Bestimmung der partiellen Zustandsdichten (pDOS) von Sauerstoff und Titan im Valenz- und Leitungsband dar. In der Analyse der res-PES-Daten wurde die pDOS mit den entsprechenden Bandkantenpositionen kombiniert, um die energetische Lage der Ladungsneutralit{\"a}tsniveaus (‚Charge neutrality levels') der verschiedenen TiO₂-Polymorphe zu ermitteln. Photoelektrochemische Messungen wurden an unbeschichteten und TiO₂-beschichteten Si- Photoelektroden durchgef{\"u}hrt. Dabei wurde die elektrochemische Performance der Photoelektroden in verschiedenen Elektrolytmedien mit pH-Werten zwischen 1 und 13 untersucht. Die Beschichtung der Si- Oberfl{\"a}che mit einer d{\"u}nnen TiO₂-Schicht verbesserte die Performance der Si-Photoelektrode, wobei die Stabilit{\"a}t der Elektrode in allen untersuchten Elektrolytmedien w{\"a}hrend der gesamten Messdauer von 12 Stunden erh{\"o}ht wurde. Außerdem wurde festgestellt, dass die TiO₂/Si-Photoelektrode weniger empfindlich auf {\"A}nderungen des pH-Wertes reagiert. Die elektrochemischen Ergebnisse werden auf Basis der elektronischen Eigenschaften der TiO₂-Schichten diskutiert. Die durch die spektroskopischen Messungen bestimmte elektronische Bandl{\"u}cke sowie die photoelektrochemischen Charakterisierungen werden zur Erkl{\"a}rung der Performance und Stabilit{\"a}t der TiO₂/Si-Photoelektroden herangezogen. Die Arbeit adressiert außerdem die Stabilit{\"a}t von mikrostrukturierten Photoelektroden (SiMP), die elektrochemisch pr{\"a}pariert wurden. Zun{\"a}chst verschlechterte sich die Stabilit{\"a}t der SiMP schneller als bei der planaren Si-Photoelektrode. Jedoch f{\"u}hrte die Nutzung einer TiO₂-ALD-Schutzschicht auf der SiMP zu einer besseren Gesamtperformance der SiMP auch im Vergleich zum System TiO₂/ planares Si.}, subject = {ALD; TiO2; Photocathodes; XPS; XAS; Atomlagenabscheidung; Photokathode; R{\"o}ntgenphotoelektronenspektroskopie; R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie; Atomlagenabscheidung; Photokathode; R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie; R{\"o}ntgen-Photoelektronenspektroskopie}, language = {en} }