Materiály pro solární palivové články

Marek Tlolka

Master's thesis

Materials for solar-fuel cells

Abstract:

Diplomová práce se zabývá zkoumáním optických vlastností nestechiometrického oxidu niklu určeného pro aplikace v solárních článcích. V teoretické části práce nastiňuje princip solárního palivového článku s důrazem na fotokatalytický článek pro štěpení vody. Dále jsou v práci charakterizovány vlastnosti oxidu niklu, označovaného jako NiOx, významné pro tyto aplikace. V následujících kapitolách teoretické části jsou popsány technologie pro přípravu tenkých vrstev, zejména pak magnetronové naprašování a detailní popis je věnován optickým vlastnostem tenkých vrstev a elipsometrii, jakožto hlavní technice, která byla v práci využita k charakterizaci vrstev. Experimentální částí této práce je příprava tenkých vrstev technikou magnetronového naprašování radiofrekvenční diodou při různých podmínkách depozice, kterými jsou především výkon magnetronu a obsah kyslíku v depoziční atmosféře. Kromě ovlivňování výše uvedených podmínek během depozice byly na jedné sadě vzorků i sledovány vlastnosti vrstev dopovaných zinkem. Připravené vzorky byly charakterizovány technikou spektroskopické elipsometrie Muellerových matic, na základě jejíž výsledků bylo možné určit zejména průběh komplexní dielektrické funkce, tloušťky vrstev, šířky zakázaného pásu a průběh absorpce světla v závislosti na jeho vlnové délce.

Abstract:

This thesis focused on the investigation of optical properties of non-stoichiometric nickel oxide for solar fuel cell applications.The theoretical part of the thesis outlines the principle of a solar fuel cell with emphasis on a photocatalytic cell for water splitting. Furthermore, the thesis characterizes the properties of nickel oxide, referred to as NiOx, relevant for these applications. In the following chapters of the theoretical part, the technologies for the preparation of thin films, in particular magnetron sputtering, are described, and a detailed description of the optical properties of thin films and ellipsometry as the main technique used in the thesis to characterize the thin films is given. The experimental part of this work is the preparation of thin films by the magnetron sputtering technique with a radio frequency diode under different deposition conditions, which are mainly the magnetron power and the oxygen content in the deposition atmosphere. In addition to the influence of the above conditions during deposition, the properties of the zinc-doped layers were also investigated on one set of samples. The prepared samples were characterized by the technique of Mueller matrix spectroscopic ellipsometry, based on the results of which it was possible to determine in particular the graph of the complex dielectric function, the thickness of the layers, the width of the band gap and the graph of light absorption as a function of its wavelength.

Keywords

NiOx, fotokatalytický článek, fotokatoda, magnetronové naprašování, zakázaný pás, absorpce, elipsometrie

Keywords

NiOx, photocatalytic cell, photocathode, magnetron sputtering, band gap, absorption, ellipsometry

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2023
• Supervisor: Lukáš Halagačka
• Reader: Robin Silber

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Master programme / field:
Materiálové inženýrství / Progresivní technické materiály