The Effect of Deposition Time on Performance of Cu2O Photoelectrodes Prepared by the Electrochemical Method

Abstract

ABSTRACT: This thesis study reports on a systematic study of the influence of the electrodeposition time on the photoelectrochemical characteristics of Cu2O semiconductors photoelectrodes. Copper (I) oxides photoelectrodes were prepared by the electrochemical method, based on the underpotential deposition (UPD). The characterization of Cu2O semiconductors photoelectrodes was performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), ultraviolet– visible (UV–Vis) spectroscopy, linear sweep voltammerry (LSV) and chronoamperometry (CA) techniques. XRD results indicate that Cu2O semiconductors deposited over ITO substrate have highly crystalline structure. SEM images showed a morphology with cube-shaped Cu2O. EDX and the optical band gap results confirm the presence of single phase Cu2O for all the samples. This work showed that the Cu2O semiconductor photoelectrodes electrodeposited for 15 min exhibit the highest photocurrents and the current density between the investigated all semiconductor films. All the electrochemical measurements showed a photocathodic behavior due to the p-type nature of the Cu2O semiconductors. Cu2O photoelectrodes exhibited a good stability behavior for different Cu2O electrodeposition times. Cu2O semiconductor photoelectrodes are suggested as a competitive candidate for advanced photoelectrochemical detection, maybe for the extended field of photoelectrochemical water splitting and other solar photovoltaic technologies.

ÖZET: Bu tez çalışması, Cu2O yarıiletken fotoelektrotların fotoelektrokimyasal özelliklerine elektrodepozisyon zamanının etkisi üzerine sistematik bir çalışmadır. Bakır (I) oksit fotoelektrotları potansiyelaltı depozisyon (UPD) temelli elektrokimyasal yöntem kullanılarak hazırlandı. Cu2O yarıiletken fotoelektrotların karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), morötesi-görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisi, doğrusal taramalı voltametri (LSV) ve kronoamperometri (CA) teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi. XRD sonuçları ITO substrat üzerine biriktirilen Cu2O yarıiletkenlerinin yüksek kristal yapıya sahip olduğunu gösterir. SEM görüntüleri küp biçimli Cu2O kristallerinden oluşan bir morfoloji gösterdi. EDX ve optiksel band gap sonuçları tüm örnekler için tek faz Cu2O varlığını doğrular. Bu çalışma, 15 dakika elektrodepozisyonla hazırlanan Cu2O yarıiletken fotoelektrotların incelenen tüm elektrotlar arasında en yüksek fotoakım ve akım yoğunluğu sergilediğini gösterdi. Tüm elektrokimyasal ölçümler, Cu2O yarıiletkenlerinin p-tipi doğasına bağlı olarak fotokatodik davranış gösterdi. Cu2O fotoelektrotlar farklı depozisyon zamanları için iyi bir kararlılık davranışı sergiledi. Cu2O yarıiletken fotoelektrotları, ileri fotoelektrokimyasal dedeksiyon, fotoelektrokimya su ayrıştırma ve diğer solar fotovoltaik teknolojilerin geniş bir alanı için rekabetçi bir aday olarak önerilebilir.