III-nitride nanowires (NWs) have been recognized as efficient photoelectrochemical (PEC) devices due to their large surface-to-volume ratio, tunable bandgap, and chemical stability. Doping engineering can help to enhance the PEC performance further. Therefore, addressing the effects of Si and Mg doping on the III-nitride NW photoelectrodes is of great interest. In this study, doping levels of NWs were tuned by the dopant effusion cell temperature of the molecular beam epitaxy (MBE) growth. The successful doping of the III-nitride NWs was confirmed using photoluminescence (PL), Raman spectroscopy, and open circuit potential (OCP) measurements. The ionized dopant concentrations of Si-doped InGaN/GaN NWs were systematically quantified by electrochemical impedance studies (EIS). Due to the three dimensional surfaces of NWs, modified Mott-Schottky formulas were induced to improve the accuracy of ionized dopant concentrations. The highest dopant concentration of Si-doped InGaN NWs can reach 2.1x1018 cm-3 at Tsi = 1120 oC. Accordingly, the estimated band edge potentials of the tested NWs straddled the redox potential of water splitting. The PEC performance of these devices was investigated by linear scan voltammetry (LSV), chronoamperometry tests, and gas evolution measurements. The results were consistent with the quantified dopant concentrations. The current density of n-InGaN NWs doped at TSi = 1120 oC was nine times higher than the undoped NWs. Additionally, the doped NWs exhibited stoichiometric hydrogen and oxygen evolution. By doping Mg into InGaN and GaN segments separately, the p-InGaN/p-GaN NWs demonstrated improved PEC performance, compared with undoped-InGaN/p-GaN and n-InGaN/n-GaN NWs. The p-InGaN/p-GaN NWs exhibited a highly stable current density at ~-9.4 mA/cm2 for over ten hours with steady gas evolution rates (~107 μmol/cm2/hr for H2) at near a stoichiometric ratio (H2: O2~ 1.8:1). This study demonstrated that optimizing the doping level and appropriate band engineering of III-nitride NWs is crucial for enhancing their PEC water splitting performance.

A nickel alloy with high chrome and molybdenum content was found to form a highly resistive and passive oxide layer. The donor density and mobility of ions in the oxide layer has been determined as a function of the electrical potential when alkaline water layers are on the alloy surface in order to account for the relative inertness of the nickel alloy in corrosive environments.

Ce travail porte sur l'étude du comportement protecteur vis-à-vis de la corrosion de revêtements amorphes base Si élaborés par dépôt chimique en phase vapeur.<br />Le caractère protecteur de revêtements de type SiOx et SiOxNy a été analysé sur différents types de substrats. La tenue à la corrosion résulte de la faible porosité et de la nature très isolante de ces couches. <br />La protection fournie par des dépôts SiCx et SiCxNy utilisés comme couche d'accrochage au DLC (“Diamond Like Carbon”) a ensuite été étudiée. L'influence du taux d'incorporation d'azote de films SiCxNy a révélé une corrélation entre la structure chimique, déterminée par XPS, et le caractère semi-conducteur de la couche, établi par Mott-Schottky. La tenue à la corrosion a été directement associée à la densité de porteurs de charge.<br />L'étude a été complétée par une caractérisation électrochimique et une approche tribocorrosion du caractère protecteur fourni par des revêtements duplex SiCxNy / DLC.

El objetivo de esta tesis es la síntesis de películas delgadas de SnS utilizando técnicas de bajo coste con el fin de fabricar células solares. Nuestra contribución radica en estudiar nuevos materiales susceptibles de ser utilizados para aplicaciones fotovoltaicas, y que puedan ser preparados con técnicas de bajo coste como la técnica de Pyrolysis de Spray Químico (CSP) y caracterizar algunos materiales elegidos para este fin como el Sulfuro de Estaño (SnS). Se han fabricado células solares a partir de la disposición de capas: Mo / SnS / Tampón / i-ZnO / ZnO: Al / Al / Metal. Las capas de buffer serían: In2S3 o CdS. En la primera etapa hemos procedido a la optimización de los parámetros de deposición de películas delgadas de SnS usando la técnica de la CSP, -Variación de la relación [S] / [Sn]. -Variación de la temperatura del substrato. -Variación de la naturaleza del sustrato utilizando sustrato como vidrio, óxido de estaño de indio (ITO) y vidrio recubierto de molibdeno. Las fuentes de productos químicos y disolventes utilizados son: - Cloruro de dihidrato dihidratado para Tin (Sn), Thiourea, Agua destilada como disolvente de la solución, Ethanol (10% de 50mL) con el fin de reducir la tensión superficial del agua que es 72 Nm-1, para permitir la dispersión de la solución depositada sobre el sustrato fácilmente. En una segunda etapa se han dopado pel¿culas delgadas de SnS con algún elemento en la tabla de Mendeleiev para modificar las propiedades f¿sicas y qu¿micas de las pel¿culas. Los elementos químicos utilizados fueron: Plata, Aluminio y Hierro. Se han utilizado varias técnicas de caracterización: - Difracción de rayos X (XRD) para la estructura cristalina de las películas - Espectroscopía Raman para la calidad de las películas - Microscopía electrónica de barrido (SEM) para morfología superficial - Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) para topografía de superficie - Análisis dispersivo de energía de rayos X (EDAX) adjunto a SEM para la composición de la película - Espectrofotometría óptica para la transmisión y la determinación del gap - Método de 4 puntas para medición de resistividad del SnS dopado -Mott-Schottky para determinar el tipo de semiconductor y la concentración de portadores Los principales resultados obtenidos en esta tesis pueden resumirse como sigue: -Las películas delgadas mono-sulfuro (SnS) deben depositarse sobre un sustrato de vidrio con [S] / [Sn] igual a una (1) y la temperatura del sustrato igual a 350 ° C para obtener películas densas, bien cubiertas y homogéneas sin agujeros Y grietas. Distancia entre la boquilla al sustrato 25 cm, volumen pulverizado 5 ml, presión de aire 0,7 bar y velocidad de pulverización de 1,5 ml / min. - Para películas dopadas por Plata y Aluminio, todas las películas son estructura ortorrómbica con (111) como pico principal. La intensidad del pico principal aumenta cuando el porcentaje de elemento dopante aumenta en la solución inicial sin ninguna fase secundaria para el dopaje con Al y con Ag8SnS6 y Ag para el dopaje Ag. - El análisis de SEM y AFM demuestra que el elemento dopante Ag no tiene efecto en la morfología y ni en la topografía mientras que el dopaje Al actúa sobre la morfología superficial produciendo una morfología que presenta muchos agujeros para muestras dopadas de 3% a 7%. - EDAX destaca un aumento de Ag en películas cuando la cantidad de Ag aumenta en la solución con S/ Sn¿0,98 cerca de 1 al 5% de porcentaje de dopado de Ag donde como para el dopaje EDAX destaca la mejora de la estequiometría con un aumento del porcentaje de Al Atómica en películas cuando la concentración de Al aumenta en la solución inicial con S / Sn = 0, 99 al 10%. - La resistividad de las muestras dopadas con Ag y Al aumenta con la concentración de dopado y se observa un aumento del gap óptico de 1.66eV a 1.70eV para SnS dopado por Ag y SnS dopado por Al, respectivamente. / ß-In2S3 thin films deposited by Chemical Spray Pyrolysis technique at different substrate temperatures (250 °C-300 °C-350 °C) showed well crystallized thin films with (0 0 12) as preferred direction perpendicular to the plane containing the surface of glass substrate. SEM images showed dense, uniform, well-covered layers that adhere well to substrates and no crack and void space were noted for all substrate temperatures. Microanalysis X confirms the presence of In and S elements with good stoichiometry after vacuum annealing for 30 minutes. Raman spectroscopy analysis confirms ß-In2S3 phase with more prominent modes after vacuum annealing. We also noted a reduction in the gap energies after annealing for films prepared at 250 °C and 350 °C substrate temperatures while for those prepared at 300 °C, the energy of the gap remains stable. Tin mono-sulfide (SnS) thin films must be deposited onto glass substrate with [S]/[Sn] ratio equal to one (1) and substrate temperature equal to 350 °C to obtained dense, well-covered, and homogeneous films without pinholes and cracks. Distance between nozzle to substrate is kept to 25cm, sprayed volume 5mL, air pressure 0.7bar and spray rate 1.5 mL/min. Films doped with Silver (Ag) and Aluminum (Al) were all orthorhombic structure with (111) as main peak. The intensity of main peak increased when the percentage of dopant element increased in the initial solution without any secondary phase for Al-doping films and with Ag8SnS6 and Ag for Ag-doping ones. SEM and AFM analysis showed that Ag-doping element had no effect in the morphology and the topography while Al-doping affected the surface morphology with "fishing net" like morphology with lots of holes for samples doped from 3% to 7%. EDS highlighted an increase of Ag in films when its amount increased in the solution with S/Sn¿0.98 near to 1 at 5% of Ag-doping percentage where as for Al-doping EDS highlighted improvement of stoichiometry with an increase of Al percentage atomic in films when Al concentration increased in the initial solution with S/Sn¿0.99 at 10%. Electrical and energy band gap measurement showed a decrease of resistivity when Ag and Al percentages increased in the solution to reach relatively low resistivity of 108¿.cm and 170¿.cm at 10% for both, and an increased of energy band gap when the Ag and Al-doping elements increased in the solution with 1.66eV and 1.70eV for SnS doped with Ag and SnS doped with Al, respectively. Spray pyrolyzed SnS thin films doped with indium were studied using various optical and electrical techniques. Structural analysis shows that all films crystallize in orthorhombic structure with (111) as a preferential direction without secondary phases. Doping of SnS layers with indium results in better morphology with increased grain size. Absorption measurements indicate dominant direct transition with energy decreasing from around 1.7 eV to 1.5 eV with increased indium supply. Apart from direct transition, an indirect one, of energy of around 1.05 eV, independent on indium doping was identified. The photoluminescence study revealed two donors to acceptor transitions between two deep defect levels and one shallower with energy of around 90 meV. The observed transitions did not depend significantly on In concentration. The conductivity measurements reveal thermal activation of conductivity with energy decreasing from around 165 meV to 145 meV with increased In content. Finally, we were investigated the J-V characteristics of FTO/CdS/SnS,FTO/ZnO/CdS/SnS, FTO/ZnO:Al/CdS/SnS, FTO/ZnO:Al/SnS and FTO/In2S3/SnS solar cells and we found that efficiencies are very low due probably to the recombination at the junction, grain boundaries, etc. / L'objectiu d'aquesta tesi és la síntesi de pel·lícules primes de SnS utilitzant tècniques de baix cost per tal de fabricar cèl·lules solars amb alta eficiència. La nostra contribució rau en estudiar nous materials susceptibles de ser utilitzats per a aplicacions fotovoltaiques, i que puguin ser preparats amb tècniques de baix cost com la tècnica de Spray Piròlisis Químic (CSP) i caracteritzar alguns materials triats per a aquest fi, com ara el Sulfur de estany (SnS). S'han fabricat cèl·lules solars a partir de la disposició de capes: Mo/SnS /Tampó/i-ZnO/ZnO: Al/ Metall. Les capes de per al bufer intermèdi has sigut de In2S3 i CdS. En la primera etapa hem procedit a l'optimització dels paràmetres de deposició de pel·lícules primes de SnS usant la tècnica CSP. -Variació de la relació [S] / [Sn]. -Variació de la temperatura Ts del substrat. -Variació de la naturalesa del substrat utilitzant substrat com: vidre simple, òxid d'estany d'indi (ITO) i vidre recobert de molibdè. Les fonts de productes químics i dissolvents utilitzats han sigut; Clorur d'estany per a l'estany (Sn), thiourea per sofre (S). Aigua destil·lada com a dissolvent de la solució. Ethanol (10% de 50ml) per tal de reduir la tensió superficial de l'aigua que és 72 Nm-1, per a permetre la dispersió de la solució dipositada fàcilment sobre el substrat. En una segona etapa s'han dopat pel.lícules primes de SnS amb algun element en la taula de Mendeleiev per modificar les propietats físiques i químiques de les pel.l¿cules. Els elements químics utilitzats són: Plata (Ag+), alumini (Al3+), Ferro (Fe2+), Coure (Cu2+) i Antimoni (SB3+) com a font de nitrat de plata (AgNO3), Clorur d'alumini (AlCl3) (FeCl2·4H2O ), Clorur de Coure (CuCl2 i Clorur de Antimoni (SbCl3). S'han utilitzat diverses tècniques de caracterització: - Difracció de raigs X (XRD) per a l'estructura de les pel·lícules i cristal - Raman Spectroscopy per a la qualitat de les pel·lícules - Microscòpia electrònica de rastreig (SEM) per morfologia superficial - Microscòpia de Força Atòmica (AFM) per topografia de superfície - Anàlisi dispersiu d'energia de raigs X (EDAX) adjunt a SEM per a la composició de la pel·lícula -Espectrofotometría per a la transmissió i el mesurament de la banda d'energia utilitzant la trama de Tauc - Tècnica de punta-sonda per a mesurament de resistivitat amb dopat SnS -Mott-Schottky per determinar el tipus de semiconductor i la concentració de portadors Els principals resultats obtinguts en aquesta tesi poden resumir així: -Les pel·lícules primes mico-sulfur (SnS) han de dipositar-sobre un substrat de vidre amb [S]/[Sn] igual a una (1) i la temperatura del substrat igual a 350 °C per obtenir pel·lícules denses, ben cobertes i homogènies sense forats I esquerdes. Distància entre el filtre al substrat 25 cm, volum polvoritzat 5 ml, pressió d'aire 0,7 bar i velocitat de polvorització de 1,5 ml / min. Per pel·lícules dopades per Plata i alumini, totes les pel·lícules són estructura ortorrómbica amb (111) com pic principal. La intensitat del pic principal augmenta quan el percentatge d'element dopant augmenta en la solució inicial sense cap fase secundària per al dopatge amb Al i amb Ag8SnS6 i Ag per al dopatge Ag. L'anàlisi de SEM i AFM demostra que l'element dopant Ag no té efecte en la morfologia i la topografia mentre que el dopatge en actua sobre la morfologia superficial produint una morfologia que presenta molts forats per a mostres dopades de 3% a 7%. EDAX destaca un augment de Ag en pel·lícules quan la quantitat d'Ag augmenta en la solució amb S / Sn¿0,98 prop d'1 a 5% de percentatge de dopatge d'Ag on com per al dopatge EDAX destaca la millora de l'estequiometria amb un augment del percentatge d'al Atòmica en pel·lícules quan la concentració d'al augmenta en la solució inicial amb S / Sn = 0,99 al 10%. / Sall, T. (2017). Preparation and Characterization of SnS thin films by Chemical Spray Pyrolysis for fabrication of solar cells [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/95412

The presented diploma thesis deals with the preparation of perovskite single crystals by inverse thermal crystallization and subsequent study of the basic properties of these hybrid organic-inorganic materials that can be used in various optoelectronic (photodetectors, transistors, lasers, LEDs) or photovoltaic applications. Their behavior in the electric field was studied by impedance spectroscopy. Impedance and capacitance-voltage (C-V) characteristics (frequency dependences) were measured in the dark and in the light. From the impedance dependences for measurements at 0 V voltage in the dark, the equivalent circuit was modeled and its parameters and dielectric constant were determined. From the C-V dependence, Mott-Schottky analysis determined the parameters – "flat-band" potential U_"fb" and charge carrier density N_"C-V" , the parameter – the so-called Warburg coefficient was found, which together with the parameter N_"C-V" was used to calculate the diffusion coefficient D.

Le développement de la plaque bipolaire - PB -métallique nécessite une amélioration des propriétés du matériau qui la constitue. L'utilisation de l'acier implique une meilleure compréhension du film passif - FP. En effet, le cahier des charges de la PB demande une bonne conduction électronique ainsi qu'une longue durée de vie. L'amélioration de ces paramètres passe par une meilleure corrélation et compréhension entre les propriétés semi-conductrices et la résistance à la corrosion. La difficulté liée à l'étude de la passivation réside dans les nombreux phénomènes modifiant le comportement du film passif. De nombreux modèles présentés dans la littérature peuvent être utilisés pour caractériser la passivation. L'un des principaux, le Modèle de Défauts Ponctuels de D. D. Macdonald (Point Defect Model - PDM), décrit le FP à partir d'une série de réactions électrochimiques se déroulant à l'interface métal/oxyde et à l'interface oxyde/électrolyte. La réactivité est limitée par le transport de matière à travers l'oxyde. Après une étude bibliographique, ce phénomène semble être un paramètre discriminant dans le choix des modèles. Une méthode de sélection permettant une utilisation de chacun de ces modèles en fonction de leurs spécificités est proposée. Ainsi, cette méthode est basée sur la corrélation entre la mesure du transport de matière à partir des équations du PDM et l'analyse des Spectres d'Impédance Electrochimique (SIE). Le PDM caractérisant le transport de matière indépendamment de la SIE, il devient possible de déterminer le bien-fondé de la prise en compte de celui-ci dans les mesures de spectroscopie d'impédance électrochimique. L'évolution de la densité du porteur de charge majoritaire avec le potentiel de formation de l'oxyde permet d'accéder au coefficient de transport à partir des équations du PDM. Connaissant l'épaisseur de l'oxyde par des mesures XPS, la constante de temps et la fréquence caractéristique peuvent être déterminées. Sur la base de ces deux valeurs, un modèle descriptif d'analyse des spectres est sélectionné en évitant le sur-paramétrage. Cette méthode est appliquée d’abord à un matériau modèle, le chrome pur exposé à un milieu acide (pH 2), à différentes températures (30°C et 80°C). Elle valide la nécessité de la prise en compte du transport de matière à 80°C ainsi que la présence d'une surface composée d'une couche d'oxyde interne et d'une couche d'hydroxyde externe. Dans un second temps, cette méthode est utilisée sur un matériau industriel, un acier de type AISI 316L, à différents pH (1,2 et 3) et à différentes températures (30°C et 80°C). Elle a permis de décrire l'oxyde en surface comme une jonction p-n prenant en compte une couche riche en chrome interne avec un gradient de concentration de fer. Cette méthode a permis de caractériser de manière approfondie l'acier de type AISI 316L. Bien que ne concernant que le substrat, cette étape est déterminante dans l'amélioration des performances des PB métalliques. / Developments in metallic bipolar plate, to apply more widely fuel cells, require an improved of the constitutive material. The use of stainless steel calls for a good understanding of the passive film. The required specifications are for good electrical conductivity and a long life-time. Those two parameters correspond to a correlation between the semiconductive properties and the good corrosion behavior. Nevertheless, the main problems of the passivity lie on the multiplicity of the phenomena that alter the passive film behavior. Numerous models described in the literature can be used to characterize the passivation. The Point Defect Model (PDM) describes the passivation through electrochemical reactions at the metal / oxide and at the oxide / electrolyte interfaces. The reactivity is limited by mass transport through the oxide. From the literature, those phenomena seems to be a discriminating parameter in the choice of a model. The selective method proposed allows us to use each model taking into account their specifics. This methodology is based on the correlation between the mass transport characterization, thanks to the PDM, and the analysis of the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The PDM determines the transport coefficient apart from EIS measurements, so to validate the consideration of the mass transport during the analysis of the electrochemical impedance spectra. The evolution of the main charge carrier density as a function of the oxide formation potential allows us to calculate the transport coefficient from PDM equations. Thanks to the thickness of the oxide (determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy), the time constant of the mass transport is determined. Based on this value, a descriptive model is used to analyze the EIS data, avoiding overparametrization. This method is applied first on a model material, pure chromium exposed to acidic solution (pH 2) at several temperatures (30°C and 80°C). It shows that the mass transport has to be taken into account at 80°C and the EIS model considers an inner chromium oxide layer and an outer chromium hydroxide. Secondly, the method is used to characterize an industrial material, AISI 316L stainless steel, at several pH (1, 2 and 3) and at several temperatures (30°C and 80°C). In this case, the oxide is describe as a p-n semiconductor junction with an chromium rich inner layer and an outer iron rich layer. The present methodology permits to deeply characterize the AISI 316L stainless steel. Even if this study concerns the substrate, this step is decisive to improve the performances of the metallic bipolar plates

Les couches organiques greffées de façon covalente sur le silicium apparaissent comme des systèmes prometteurs tant sur le plan fondamental qu'en raison des nombreuses applications envisageables : couches minces diélectriques, capteurs chimiques ou biochimiques. Ce travail de thèse est consacré à l'étude de ces systèmes par diverses techniques. La stabilité chimique et électrique de l'interface au cours du temps et au sein d'un électrolyte de pH variable sont décrites. La morphologie de la surface est contrôlée par microscopie AFM. La nature chimique du système est déterminée par spectroscopie infrarouge en mode ATR et par spectroscopie de photoélectrons X. La qualité électrique de l'interface est étudiée par des mesures de photoluminescence, photopotentiel et Mott-Schottky. L'influence de la préparation sur les diverses caractéristiques du système est examinée. L'effet de charges adsorbées en surface a également été exploré par une titration quantitative de l'ionisation de groupements carboxyles greffés en surface. Enfin, une méthode originale de fonctionnalisation de couches alkyles greffées de compacité maximum par traitement dans un plasma doux oxydant est présentée. Le suivi du système, in situ par spectroscopie IR et ex situ par XPS, ainsi que la connaissance de la nature du plasma d'oxygène ont permis de mettre en évidence une destruction de la couche aux plus fortes puissances et une intégrité de celle-ci aux plus faibles puissances : un mécanisme de fonctionnalisation des chaînes dans ce régime est proposé.

Cílem diplomové práce bylo nastudovat a popsat mechanismy transportu náboje v tantalovém kondenzátoru. Práce obsahuje stručný teoretický úvod do problematiky kondenzátoru jako součástky a dále se zabývá jednotlivými mechanismy přenosu náboje jako je ohmická, Poole-Frenkel proudová, Schottkyho, tunelovací a emisní složka a také proudem prostorového náboje. V experimentální části byly měřeny ampér-voltové I/V, ampér-časové I/t a impedanční charakteristiky, jejichž data byla následně zpracována pomocí např. Mott-Schottkyho analýzy a byly vyhodnoceny elektrické parametry jako je aktivační energie, koncentrace dopantů, akumulační kapacita nebo potenciálová bariéra. Výsledky, vypočtené veličiny a naměřené hodnoty jsou diskutovány.

The thesis is focused on the electrodeposition of tantalum from ionic solution 1-butyl-1- methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide, ([BMP]Tf2N) at 200°C and description of related transfer and kinetic phenomena on the interface between the ionic solution and working electrode. Furthermore, the electrodeposition of tantalum layers in different ionic solutions containing tantalum salts and especially in ([BMP]Tf2N) is introduced. In the last part of the thesis, results of cyclic voltammetry, surface analysis SEM and elemental analysis EDX are discussed. MIS (metal-insulator-semiconductor) structure was determined comprising porous anodic alumina as the insulator and semiconductive TaxOy on the top of the insulator. The electric conductivity of the MIS structures was studied by using amper-volt IV and CV characteristics. The results of the cyclic voltametry, impedance spectroscopy and chronoamperometry are discussed.