Chemical and Electrochemical Behavior of Graphene-Covered Silicon Photoanodes

This dissertation describes efforts over the last five years to develop protective layers for semiconductor photoelectrodes based on monolayer or few-layer graphene sheets. Graphene is an attractive candidate for a protective layer because of its known chemical inertness, transparency, ease of deposition, and limited number of electronic states. Monolayer graphene was found to effectively inhibit loss of photocurrent over 1000 seconds at n-Si/aqueous electrolyte interfaces that exhibit total loss over photocurrent over 100 seconds. Further, the presence of graphene was found to effect only partial Fermi level pinning at the Si/graphene interface with respect to a range of nonaqueous electrolytes. Fluorination of graphene was found to extend the stability imparted on n-Si by the monolayer sheet in aqueous Fe(CN)₆^3-/4- electrolyte to over 100,000 seconds. It was demonstrated that the stability of the photocurrent of n-Si/fluorinated graphene/aqueous electrolyte interfaces relative to n-Si/aqueous electrolyte interfaces is likely attributable to the inhibition of oxidation of the silicon surface.

This dissertation also relates efforts to describe and define terminology relevant to the field of photoelectrochemistry and solar fuels production. Terminology describing varying interfaces employed in electrochemical solar fuels devices are defined, and the research challenges associated with each are discussed. Methods for determining the efficiency of varying photoelectrochemical and solar-fuel-producing cells from the current-voltage behavior of the individual components of such a device without requiring the device be constructed are described, and a range of commonly employed performance metrics are explored.

HYBRID PHOTOVOLTAIC DEVICES BASED ON ORGANIC SEMICONDUCTING POLYMERS AND INORGANIC NANOSTRUCTURED ELECTRODES

La fotovoltaica orgánica es una tecnología solar emergente que todavía no ha entrado en el mercado. El objetivo de esta tesis ha sido acercar un poco más la industrialización de dicha tecnología mediante el incremento de la eficiencia y la durabilidad de estos dispositivos solares. Para la consecución de dicho objetivo se identificaron las limitaciones existentes y se diseñó una hora de ruta con diversas estrategias para poder superar cada uno de los problemas. Así, mediante un exhaustivo control de la nano morfología del film fotoactivo y la introducción de electrodos nanoestructurados se ha conseguido incrementar la eficiencia. La sustitución de los electrodos estándares por nuevos electrodos basados en óxidos metálicos confiere durabilidad al sistema. Por último, la sustitución del óxido de indio y estaño como electrodo transparente por nanohilos metálicos de plata habilita la posibilidad de fabricar dispositivos solares flexibles de bajo coste.

Charge and spin transport in graphene devices

170 p.

Modificación del sistema energético de la unidad móvil de donantes de osakidetza (CVTT)

[ES]Hoy en día los vehículos usados en la extracción de sangre utilizan un motor de combustión interna, no solamente para sus desplazamientos, sino también para generar electricidad con la que poder utilizar todos los aparatos del interior. Como consecuencia, el autobús es una fuente importante de ruidos y contaminación, ya que el motor diesel está funcionando durante las largas paradas en las que se realiza dicha actividad. El objetivo del proyecto es diseñar un sistema innovador basado en pilas de combustible que sirva para alimentar todos los equipos y dispositivos, evitando el ruido, las vibraciones y los gases contaminantes. Para ello y en primer lugar, será necesario estimar el consumo total del autobús. Tras esto, también se tomarán una serie de decisiones con el fin de mejorar la eficiencia energética del autobús. Finalmente, se hará un diseño del sistema energético, el cual debe incluir una pila de combustible, junto con todos sus sistemas asociados, y todas las especificaciones.