ساخت و مشخصه یابی لایه‌های نازک متخلخل bivo4: تاثیر نقص‌های ساختاری بر خواص فوتوالکتروشیمیایی

در این تحقیق، لایه های نازک متخلخل bivo4 به ضخامت حدود 1/3 میکرومتر به کمک روش افشانۀ پایرولیز پالسی بر روی بستر رسانای شفاف ito تهیه شد. بررسی الگوی پراش پرتو x، نشان داده که این لایه ها ساختار چهار وجهی شیلایت داشته و میانگین اندازۀ بلورک های آن حدود16nmتخمین زده شد. بر اساس تحلیل نتایج طیف جذب اپتیکی در محدودۀ مرئی-فرابنفش، لایه های ساخته شده دارای شکاف نواری برابر با 2/47ev~ به دست آمد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی(sem) به خوبی ساختار متخلخل لایه ها را نشان میدهد. اندازه متوسط تخلخل های سطح لایه برابر با 162nm~ و قطر متوسط رگه های bivo4 برابر با 208nm~ تعیین شد. با استفاده از عملیات احیای الکتروشیمیایی، نقص های اکسیژن در لایه ها ایجاد شده و تاثیر آن بر خواص الکترو/فوتوالکتروشیمیایی آنها مورد برررسی قرار گرفت. نتایج اسپکتروسکوپی امپدانس الکتروشیمیایی (eis) نشان داد که در اثر عملیات احیا، ظرفیت خازنی مربوط به حالت های سطحی بیش از 6 برابر افزایش یافته که به معنی فرار الکترون های سطحی است. مقاومت انتقال بار و ظرفیت لایۀ هلمهولتز به ترتیب تقریباً 2 برابر و 0/4 برابر مقادیر به دست آمده درمقایسه با حالت قبل از احیا به دست آمد، که مبین فرار الکترون ها از لایۀ متناظر با حالت های سطحی به لایۀ هلمهولتز است. با رسم نمودار منفی فاز بر حسب لگاریتم بسامد اعمالی و با توجه به بسامدی که نمودار بیشینه می شود، مشخص شد که طول عمر موثر حامل های بار بعد از عملیات احیای الکتروشیمیایی به حدود 25ms رسیده که تقریباً به 2 برابر مقدار آن در حالت قبل از عمل احیا، افزایش می‌یابد.

synthesis and characterization of porous bivo4 thin films: the effect of structural defects on photoelectrochemical properties

bivo4 thin films with thickness of ~ 1.3 μm were deposited on ito substrate via pulsed-spray pyrolysis deposition. x-ray diffraction pattern revealed that bivo4 layers have been crystallized in tetragonal scheelite phase with average crystallite size of ~ 16 nm. according to uv-visible absorption spectra, a band gap energy of ~2.47 ev was determined for the synthesized layers. scanning electron microscopy observations indicated that a porous bivo4 structure with average pore diameter of ~ 162 nm and worm-like fine particle diameter of ~ 208 nm has been synthesized. oxygen vacancies have been induced into the layers via an electrochemical reduction treatment (et). this employed process increased the surface-related capacitance by about 6 times. a double charge transport resistance and half capacitance for helmholtz layer was determined after et, indicating electron transfer from space charge layer to helmholtz layer upon et. using electrochemical impedance spectroscopy, it was found that effective charge carrier life time inside the bivo4 thin films increased to ~25 ms which is 2-fold longer than the time before electrochemical reduction treatment.