Production and characterization of boron-doped diamond optically transparent electrodes with an interlayer for enhanced conductivity

Produktion und Charakterisierung von optisch transparenten Elektroden aus Bor dotiertem Diamant mit einer Zwischenschicht für erhöhte Leitfähigkeit

  • Boron-doped diamond (BDD) electrodes offer some excellent electrochemical properties, including the widest potential window in aqueous solutions, low background currents and good chemical and mechanical stability. They can also be produced transparent and could offer a great potential for spectroelectrochemical (SEC) experiments. However, to reach the mentioned electrical properties for such optically transparent electrodes (OTE), heavy doping is needed to increase conductivity. The introduction of boron in return reduces the transparency significantly. This work investigates the effect of introducing an alternative path for electrons in the form of an highly conductive get transparent interlayer which could increase the conductivity without increasing the BDD film or the doping level supporting high transparency in the visible (Vis) and ultraviolet (UV) regime. This work furthermore investigates possible interlayers for this application and implements four of them in two BDD OTE samples which are extensively studied by electrical, optical and electrochemical methods. An ultra-thin metal film (UTMF) of titanium (Ti) is shown to decrease the electrochemical resistance by 2.4kOhms while decreasing the transparency of a BDD OTE by only 11%.
  • Elektroden aus Bor dotiertem Diamant (BDD) besten außergewöhnliche elektrochemische Eigenschaften, wie zum Beispiel das größte Potentialfenster in wässriger Lösung, geringe Störströme und gute chemische und mechanische Stabilität. Die Möglichkeit sie auch transparent herzustellen eröffnet ein großes Potenzial für Spektroelektrochemische (SEC) Experimente. Um die genannten Eigenschaften aufzuweisen müssen solche optisch transparente Elektroden (OTE) gut Leitfähig und damit hoch dotiert sein. Ein hoher Bor-Gehalt jedoch verringert die Transparenz enorm. Diese Arbeit untersucht die Möglichkeit dies zu umgehen, indem ein alternativer Weg für sie Elektronen geschaffen wird. Durch das Einfügen einer hoch leitfähigen und doch transparenten Zwischenschicht sollte der BDD Film weniger dotiert und dünner gestaltet werden können um gute Transparenz im sichtbaren (Vis) und ultraviolette (UV) Licht zu erhalten. Diese Arbeit beschäftigt sich weiterhin mit möglichen Zwischenschichten und implementiert vier davon auf zwei BDD OTE Proben, welche umfassend mit elektrischen, optischen und elektrochemischen Methoden untersucht werden. Es wird gezeigt, dass ein Ultra-dünner Metall Film (UTMF) aus Titan (Ti) den elektrochemischen Widerstand einer BDD OTE um 2.4kOhm senken kann, die TRansparenz dabei hingegen nur um 11% vermindert.

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Metadaten
Author:Steffen Zelzer
Advisor:Peter HartmannGND, Bettina Wehring
Document Type:Bachelor Thesis
Language:English
Name:Fraunhofer USA Center for Coatings and Diamond Technologies
1449 Engineering Research Court, 48824 East Lansing, MI
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2016
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2016/08/05
Tag:Elektrochemie; PVD; transparente Elektroden
Spectroelectrochemistry; boron-doped diamond; transparent electrodes
GND Keyword:Diamant; CVD-Verfahren; Verfahrenstechnik
Page Number:55 Seiten, 53 Abb., 23 Tab., 85 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2018/02/22