- Other
- connected with university
- GND
- 115688986
- ORCID
-
0000-0002-6307-9831
- ResearcherID
- D-9559-2016
- SCOPUS
- 6701629101
- Other
- connected with university
- GND
- 141584246
- ORCID
-
0000-0002-7474-9239
- SCOPUS
- 25650022500
- Other
- connected with university
Abstract in German:
Aufgrund der steigenden Nachfrage an grünem Wasserstoff stellt die photoelektrochemische (PEC) Wasserspaltung eine attraktive Technologie dar, für deren Umsetzung jedoch gegenwärtig weitere Forschungsarbeit erforderlich ist. Vor diesem Hintergrund sollten in dieser Arbeit Referenzmessungen der Quasi-Fermi-Niveau-Aufspaltung (QFLS) und der Photolumineszenz-Quantenausbeute (PLQY) an Halbleiterproben sowohl an Luft als auch in PEC Umgebung durchgeführt werden. Hierfür wurde das Messgerät LuQY Pro der Firma QYB Quantum Yield Berlin GmbH eingesetzt, welches anhand der gemessenen, absoluten Photonenflussdichte die Kennwerte für QFLS und PLQY ermittelt. Für die Messungen in PEC Umgebung wurde das Messgerät, insbesondere der Probenhalter, modifiziert, damit Flüssigkeit an die Halbleiterprobe ohne Leckage zugeführt werden kann. Bei den untersuchten Proben handelte es sich um Doppelheterostrukturen. Diese waren in vier Dickenreihen unterteilt, mit unterschiedlich dicken p- und n-dotierten GaInP- und GaInAs-Absorbern. Die Proben wurden an Luft, in destilliertem Wasser und in 1-molarer Schwefelsäure erfolgreich vermessen. Zum einen konnte beobachtet werden, dass mit höheren Absorberdicken tendenziell auch die Halbleiteremissionen, QFLS und PLQY ansteigen. Hierfür wird ein geringerer Einfluss der Grenzflächenrekombination, eine erhöhte Laserabsorption und erhöhtes Photonen-Recycling als mögliche Erklärung vorgeschlagen. Zum anderen war an den Messungen in Flüssigkeit im Vergleich zu den Messungen an Luft nahezu einheitlich ein starker Anstieg an Halbleiteremissionen, QFLS und PLQY zu erkennen. Ein Problem des aktuellen Aufbaus stellt das Material des Probenhalters (Polyetheretherketon) dar, da dieses in Kombination mit dem verbauten Laser Störemissionen erzeugt und insbesondere die Absolutwerte von QFLS und PLQY verfälscht. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Emissionen, welche durch den aktuellen Probenhalter verursacht werden, künftig zu vermeiden. Ebensolche störemissionsfreien Messungen konnten mithilfe eines provisorischen Probenhalters aus Aluminium bereits an Luft durchgeführt werden. Diese störemissionsfreien Messungen waren allerdings noch auf Experimente an Luft beschränkt, und nicht in Flüssigkeit möglich. Deshalb wird für künftige Untersuchungen der Austausch des Probenhalters empfohlen, um das emittierende Material aus dem Messstand zu beseitigen.
Abstract in English:
Due to the increasing demand for green hydrogen, photoelectrochemical (PEC) water splitting is an attractive technology, but further research is currently required for proper application. With this in mind, reference measurements of quasi-Fermi level splitting (QFLS) and photoluminescence quantum yield (PLQY) on semiconductor samples in both air and PEC environments were to be carried out in this work. The LuQY Pro measuring device from QYB Quantum Yield Berlin GmbH was used for this purpose, which determines the characteristic values for QFLS and PLQY based on the measured absolute photon flux density. For the measurements in PEC environment, the measuring device, in particular the sample holder, was modified so that liquid can be supplied to the semiconductor sample without leakage. The provided samples consisted of double heterostructures. These were divided into four thickness rows, with p- and n-doped GaInP and GaInAs absorbers. The samples were successfully measured in air, distilled water and 1-molar sulphuric acid. On the one hand, it was observed that the semiconductor emissions, QFLS and PLQY tend to increase with higher absorber thicknesses. A lower influence of interfacial recombination, increased laser absorption and increased photon recycling are suggested as possible explanations for this. On the other hand, the measurements in liquid showed an almost uniform increase in semiconductor emissions, QFLS and PLQY compared to the measurements in air. One problem with the current setup is the material of the sample holder (polyetheretherketone), as this generates interfering emissions in combination with the installed laser and distorts the absolute values of QFLS and PLQY. Accordingly, it is desirable to avoid the emissions caused by the current sample holder in the future. It has already been possible to carry out such emission-free measurements in air using a provisional sample holder made of aluminum. However, these interference-free measurements were still limited to experiments in air and were not possible in liquid. It is therefore recommended that the sample holder be replaced for future investigations in order to remove the emitting material from the measuring stand.