Skip to Main content Skip to Navigation
Theses

Hematite-based epitaxial thin films as photoanodes for solar water splitting

Résumé : Utiliser l'hydrogène en tant que vecteur énergétique pour stocker l'énergie solaire et/ou remplacer le pétrole comme carburant est très attrayant, d'autant qu'il peut être produit de façon propre par photo-électrolyse de l'eau. Dans ce procédé, des paires électron-trou, générées par éclairement dans des semi-conducteurs immergés dans une solution aqueuse, réalisent les réactions d’oxydo-réduction de l’eau (production d'oxygène à la photo-anode et production d'hydrogène à la photo-cathode). Les oxydes de métaux de transition, en particulier l'hématite (α-Fe2O3) qui présente un gap quasi-idéal pour cette application, sont les matériaux de photo-anode les plus prometteurs. Des films minces d'hématite ont été déposés sur des monocristaux par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma d’oxygène. Ces échantillons modèles ainsi que l’utilisation de techniques de pointe, notamment utilisant le rayonnement synchrotron, rendent possible l’identification des paramètres pertinents influençant les propriétés de photo-électrolyse. Je me suis d'abord intéressé à l'impact de la structure cristallographique, de la stœchiométrie et de la morphologie de surface. Ensuite, les effets d'un dopage avec du titane ont été analysés, montrant l'existence d'un taux de dopage optimal et l'augmentation de la longueur de diffusion des porteurs de charges induisant un fort gain en photo-courant. J'ai également étudié la structure électronique et la dynamique des recombinaisons en surface d'hétérojonctions TiO2 - hématite dopée Ti, révélant une interface diffuse. Enfin, le champ électrique interne créé par un film mince ferroélectrique de BaTiO3/Nb:SrTiO3 a été considéré pour améliorer les propriétés des photo-anodes. Un premier pas vers la compréhension du lien entre polarisation ferroélectrique et photo-courant a été fait, mettant en évidence un champ électrique interne favorable pour séparer les charges.
Complete list of metadatas

Cited literature [162 references]  Display  Hide  Download

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01220396
Contributor : Maxime Rioult <>
Submitted on : Monday, October 26, 2015 - 11:42:51 AM
Last modification on : Monday, February 10, 2020 - 6:12:21 PM
Document(s) archivé(s) le : Wednesday, January 27, 2016 - 1:10:38 PM

Identifiers

  • HAL Id : tel-01220396, version 1

Citation

Maxime Rioult. Hematite-based epitaxial thin films as photoanodes for solar water splitting. Physics [physics]. Ecole Polytechnique, 2015. English. ⟨tel-01220396⟩

Share

Metrics

Record views

875

Files downloads

853