IGF



Master of Science Dissartation

Plasmonic electrodes for photoelectrochemical cells - modelling, fabrication and characterization

Author:

Supervisor:

Supervising institution:

Year:

Małgorzata Jakubowska

Piotr Wróbel

Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

2023

Praca dotyczy badania wpływu nanocząstek plazmonicznych na własności absorpcyjne i fotoelektrochemiczne układu elektrody opartego na tlenku miedzi (Cu2O). W części eksperymentalnej skupiono się na nanocząstkach srebra oraz srebra domieszkowanego palladem w proporcji 99:1. Nanocząstki wykonane metodą fizycznego osadzania cienkich warstw metali z fazy gazowej wykazują dobrze określony zlokalizowany rezonans plazmonowy, a zaprezentowana procedura wytwarzania umożliwia jego widmowe strojenie w zakresie kilkudziesięciu nanometrów. Kontrolę własności optycznych uzyskano poprzez dobór grubości naparowywanych warstw oraz temperaturę wygrzewania pokrytych podłoży. Wpływ parametrów procesu osadzania na morfologię oraz odpowiedź optyczną nanocząstek badano odpowiednio za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej oraz spektrofotometrii i elipsometrii spektroskopowej. Przetestowano również wpływ elektrolitu na stabilność chemiczną nanocząstek i wykazano jej istotną poprawę w efekcie obróbki termicznej próbek po procesie osadzania.
W pracy przedstawiono wyniki eksperymentu fotoelektrochemicznego z wykorzystaniem elektrod opartych na warstwach z tlenku miedzi (I) osadzonych na podłożu z warstwą tlenku cyny domieszkowanego fluorem. Elektrody z nanocząstkami umieszczonymi na warstwie aktywnej wykazują kilkukrotny wzrost fotoprądów względem elektrody referencyjnej. Największy wzrost w pożądanym zakresie najniższego potencjału polaryzacji obserwowany jest dla wygrzewanych cząstek AgPd.
Symulacje elektromagnetyczne wykonane za pomocą metody różnic skończonych w dziedzinie czasu wykazały poprawę absorpcji światła w warstwie aktywnej wraz ze wzrostem rozmiaru nanocząstek, co umożliwia wyjaśnienie efektów obserwowanych w eksperymencie.
Omówione w niniejszej pracy wyniki potwierdzają możliwość poprawy wydajności cienkowarstwowych ogniw fotoelektrochemicznych dzięki wykorzystaniu zjawiska zlokalizowanego rezonansu plazmonowego.


Back