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Analysis of the Inhomogeneous Growth of Sputtered Black TiO2 Thin Films

Berends, Dennis und Schwager, Patrick und Gehrke, Kai und Vehse, Martin und Agert, Carsten (2024) Analysis of the Inhomogeneous Growth of Sputtered Black TiO2 Thin Films. ACS Omega. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsomega.3c09772. ISSN 2470-1343.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsomega.3c09772

Kurzfassung

Black titanium dioxide (B-TiO2) is a highly active photoelectrochemical material compared to pure titanium dioxide due to its increased light absorption properties. Recently, we presented the deposition of thin-film B-TiO2 using an asymmetric bipolar reactive magnetron sputter process. The resulting samples exhibit excellent photoelectrochemical properties, which can be fine-tuned by varying the process parameters. In this article, results of morphological, electrical, and photoelectrochemical measurements are discussed to better understand the surprisingly high electrochemical activity of the films. In order to study the influence of the dynamic process on film formation, we use static sputtering with a fixed substrate covering the entire chamber area in front of the two targets. This allows the material composition of the sputtered film to be analyzed depending on its relative position to the targets. The results lead to the conclusion that the asymmetric bipolar sputtering mainly produces two phases, a transparent, nonconductive crystalline phase and a black, conductive amorphous phase. As a consequence, the dynamically sputtered samples are multilayers of these two materials. We discuss that the significantly better electrical and photoelectrochemical properties emerge from the inhomogeneous nature of the laminates, like also found in core–shell nanoparticles of B-TiO2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205170/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of the Inhomogeneous Growth of Sputtered Black TiO2 Thin Films
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Berends, DennisDennis.Berends (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9064-0914NICHT SPEZIFIZIERT
Schwager, PatrickPatrick.Schwager (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0009-3512-834X163153941
Gehrke, KaiKai.Gehrke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0591-8289NICHT SPEZIFIZIERT
Vehse, Martinmartin.vehse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0578-6121NICHT SPEZIFIZIERT
Agert, CarstenCarsten.Agert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4733-5257NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 März 2024
Erschienen in:ACS Omega
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acsomega.3c09772
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2470-1343
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Schwarzes Titandioxid, Sputtern, Dünnschicht, Photoelektrochemische Wasserspaltung, Schichtwachstum,
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Stadt- und Gebäudetechnologien
Hinterlegt von: Berends, Dennis
Hinterlegt am:08 Jul 2024 08:35
Letzte Änderung:08 Jul 2024 08:35

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