Elaboration of electrode materials based on metal-semiconductor by electrochemical method

Abstract

تناولت الاطروحة تحسين تطوير الهياكل النانوية لأكاسيد المعادن شبه الموصلة لكل من أكسيد الزنك وأكسيد النحاس الاحادي والتي تم تحضيرها بواسطة الترسيب الكهربائي وذلك من أجل تحسين أدائها بتطبيق العديد من الاستراتيجيات. تم التطرق في الأطروحة الى تطبيقين. أولا، اختبارات الخلايا الضوئية المعتمدة على الوصلة الغير متجانسة (أكسيد الزنك/ أكسيد النحاس الأحادي). بعد ذلك، تم اجراء دراسة لتنقية المياه عن طريق تأثير التحفيز الضوئي تحت الأشعة فوق البنفسجية وأشعة الشمس للأصباغ الثلاثة (أزرق الميثيل، برتقالي الميثيل، وأحمر الكونغو). من أجل تحسين أداء طبقة أكسيد الزنك في الوصلة الغير متجانسة (أكسيد الزنك/ أكسيد النحاس الأحادي)، تم اجراء تطعيم بذرات النحاس أحادية وثنائية التكافؤ في شبكة أكسيد الزنك. تم دراسة خصائص الوصلات الغير متجانسة (أكسيد الزنك/ أكسيد النحاس الأحادي)، ولوحظ أداء جيد للجهاز المدعم بأكسيد الزنك المطعم بذرات النحاس ثنائية التكافؤ بسبب تحسين خصائص نقل الشحنات بين أكسيد الزنك وأكسيد النحاس. بالنسبة للتطبيق الثاني، فقد تم اعتماد طريقتين. تعتمد الطريقة الأولى على استخدام طبقة أكسيد الزنك المطعمة بالنحاس ثنائي التكافؤ كمحفز ضوئي تحت الأشعة فوق البنفسجية، وقد أظهرت النتائج أن التطعيم بذرات النحاس يزيد من عمر أزواج الالكترونات والفجوات مما يؤدي الى تحسين أداء التحفيز الضوئي. بينما تعتمد الطريقة الثانية على استغلال أشعة الشمس وهذا لتفادي مصادر الضوء الاصطناعي باهظة الثمن. قمنا بدمج طبقة أكسيد الزنك مع طبقة أكسيد النحاس الأحادي، وقد تم الحصول على نتائج مرضية للغاية.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés tout d’abord à optimiser l’élaboration de nanostructures des oxydes métalliques semi-conducteurs de ZnO et Cu2O par la méthode d’électrodéposition afin d'améliorer leurs performances en appliquant de nombreuses stratégies. Deux applications ont été développées dans cette thèse. Dans un premier temps, des tests d’une cellule solaire basée sur une hétérojonction de Cu2O/ZnO. Par la suite, une étude de dégradation des colorant dans les eaux par effet photo-catalytique a été réalisée sous irradiation UV et solaire pour les trois colorants (MB, MO et CR). Afin d'améliorer la performance des couches minces de ZnO dans l’hétérojonction Cu2O/ZnO, un dopage par le cuivre avec deux états d’oxydation (+1 et +2) dans la matrice de ZnO a été effectué. Les propriétés des hétérojonctions Cu2O/ZnO et Cu2O/Cu-dopé ZnO préparées ont été étudiées et de très bonnes performances ont été notées pour le dispositif à base d’oxyde de zinc dopé au cuivre (+2) en raison de l'amélioration des propriétés de transport des charges entre ZnO et Cu2O. Pour la seconde application, deux méthodes ont été développées. La première est basée sur l’utilisation des couches minces de ZnO dopées par le cuivre sous irradiation UV, les résultats montrent que le dopage augmente la durée de vie du pair électron-trou et améliore la performance photo-catalytique. La seconde méthode est réalisée dans le but d’éliminer les sources lumineuses artificielles onéreuses, donc pour une meilleure exploitation du spectre solaire on met en contact le ZnO dopé avec Cu2O. Les expériences de la dégradation sous irradiation solaire ont donné des résultats très satisfaisants

In this thesis, optimisation of parameters related to the synthesis metal oxide semiconductor nanostructures (ZnO and Cu2O) by the electrochemical method were investigated, in order to enhance their performance by applying a variety of strategies. Two applications have been developed in this thesis. The first application focused on the construction of a p-n heterojunction based on Cu2O/ZnO thin film for further application in thin film solar cell. Then, a photocatalytic water purification study has been carried out under UV and solar radiation for the three dyes (MB), (MO) and (CR). In order to improve the performance of ZnO in the Cu2O/ZnO junction, doping ZnO lattice with copper ions with two oxidation states (+1 and +2) has been performed. Furthermore, the properties of the Cu2O/ZnO and Cu2O/Cu-doped ZnO heterojunctions prepared were studied. As a results a good performance was observed for the Cu(+2)-doped-ZnO based device due to the improvement of the charge transport properties between ZnO and Cu2O. Concerning the second application, two methods have been developed. The first is based on the use of copper doped ZnO thin films as catalysts under UV irradiation. The results showed that the doping process improves photocatalytic performance by increasing the lifetime of the electron-hole pair. The second method was carried out with the aim of replacing the expensive artificial light sources by natural source, so for better exploitation of the solar radiation, the doped ZnO coupled with Cu2O was used to make heterojunction. As a results the photocatalytic degradation experiments under solar radiation were very satisfactory.