Nanostructuration électrochimique du silicium pour des applications énergétiques

Electrochemical nanostructuration of silicon for energy applications

• Auteur / Autrice : Kiseok Oh
• Direction : Gabriel Loget, Bruno Fabre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique, chimie théorique
• Date : Soutenance le 30/10/2020
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoélectrochimie

Catalyseurs au nickel

Nanofils

Silicium

Mots clés libres

Silicium

Photoanode

Oxydation de l’eau

Nickel

Photoélectrochimie

Électrodéposition

Silicon

Photoanode

Water oxidation

Nicke

Photoelectrochemistry

Electrodeposition

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié des catalyseurs à base de Ni déposés sur une surface de Si pour la réaction photoélectrochimique de dégagement d'oxygène (OER). La modification a été réalisée par électrodéposition sur la surface de silicium hydrogénée. Au cours de l'OER, nous avons étudié le phénomène d’activation et leur stabilité à long terme. De plus, la surface en Si a été structurée pour tirer parti de l'absorption de lumière améliorée pour la photoélectrochimie. Pour cela, les surfaces planes en Si ont été structurées par gravure photoélectrochimique et/ou alcaline. De nanoparticules des Ni et/ou Fe ont été déposées sur ces structures à base de n-Si, et étudiées pour l’OER photoélectrochimique. En outre, la structuration des catalyseurs a été réalisée pour l'étude de ces jonctions Schottky non homogènes. Pour cela, le Ni a été préparé sous forme de nanofils sur la surface de Si en utilisant une technique d'électrodéposition à l'échelle nanométrique impliquant un template préparé par photolithographie. Les photoanodes composées de nanofils métalliques (Ni, Co et Fe) sur du n-Si ont été étudiées pour l'OER, et ont montrées des tendances qui dépendaient de leur caractéristiques géométriques et morphologiques. Cette recherche est prometteuse pour la confection à façon de photoélectrodes.

In this thesis, we have studied Nibased catalysts deposited on Si surface for the photoelectrochemical oxygen evolution reaction (OER). The coating modification was performed by electrodeposition on the hydrogenated silicon surface. During OER, we discovered the drastically improvement of performance and long-term stability in operation. Moreover, the Si surface was structured to take advantage of the enhanced light absorption for photoelectrochemistry. For that, the planar Si surfaces were structured by PEE and/or AE. On the structured n-Si, Ni, and/or Fe-based catalysts were deposited and studied for photoelectrochemical OER. In addition, the structuration of catalysts was carried out for the investigation of these inhomogeneous Schottky junction and pinch-off effect. Finally, Ni was prepared in the form of nanowires on the Si surface using a nanoscale electrodeposition technique involving a template prepared by photolithography. The photoanodes composed of metal nanowires (Ni, Co, and Fe) onto n-Si were investigated for the photoelectrochemical OER, and showed trends that depended on geometrical and morphological features. This open door for preparing photoelectrodes with a high degree of control.