On the Effect of Thermal Processing on Sn Diffusion and Efficiency Enhancement in Hematite/FTO Photoanodes

Autor(es)

Rodriguez-Gutierrez, Ingrid ; Mourino, Beatriz ; Freitas, Andre L. M. ; Costa, Carlos A. R. ; Pires, Elcio L. ; Goncalves, Renato, V ; Vayssieres, Lionel ; Souza, Flavio L.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY; v. 11, n. 4, p. 8-pg., 2022-04-01.

Resumo

The frequently underestimated effects of "in air" thermal treatment processing conditions such as temperature, duration, and heating and cooling rates in the design and efficiency of photoelectrodes fabricated for academic studies onto the most common commercial transparent conductive glass substrate i.e. fluorine-doped tin oxide (FTO) were investigated by XRD, XPS, SEM, conductive AFM, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) as well as direct current (DC) and photoelectrochemical (PEC) measurements. The PEC response of Hematite photoanode thin films consisting of short nanorods thermally treated at 400 degrees C and 800 degrees C upon fast or extended time conditions is inhibited by factors such as crystallinity, Sn diffusion, or substrate integrity. A "fast" thermal treatment in air at 750 degrees C provided the best synergy between charge transfer resistance, Sn-diffusion from the FTO substrate, nanorod dimensions, reduced recombination, improved charge separation and minimized substrate damage. This study does offer valuable fundamental and practical insights for a better understanding of the benefits and drawbacks of photoelectrode thermal processing, which is critical for the improvement of the PEC performance-reproducibility relationship for FTO-based solar water splitting systems and devices. (AU)

• Processo FAPESP: 19/06654-9 - Incorporação de nanopartículas metálicas em fotoeletrodos de hematita: efeito da interface sólido-sólido nas propriedades ópticas e elétricas
• Beneficiário: Ingrid Guadalupe Rodriguez Gutierrez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
• Beneficiário: Adalberto Fazzio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs