天小大巩金龙&王拓Nano Energy : 多功能TiO2拆穿困绕层提降p

【引止】

硅(Si)做为光电催化制氢反映反映(HER)的天小拓N提降光阴极，由于其储量歉厚、大巩y多减工足艺成决战激战导带电位开适量子复原复原，金龙已经受到泛滥闭注。拆穿困可是绕层，Si存正在两个较为赫然的天小拓N提降倾向倾向，收罗光电压(V_oc)有限(即需供较小大中减偏偏压驱动分解水反映反映)战正在水溶液中的大巩y多晃动性问题下场。为了增强p-Si基电极的金龙光电压，钻研职员经由历程氧化物半导体(好比ZnO、拆穿困WO₃战Fe₂O₃)涂覆p-Si光阴极组成p-n同量结用于分解水，绕层可是天小拓N提降寻寻比照氧化物半导体具备更好能带立室的拆穿困绕层质料以增强p-Si阳极的光电压依然具备挑战性。
硫化镉(CdS)是大巩y多与p-Si阳极能带立室的幻念n型质料，可组成p-Si/n-CdS同量结。金龙可是拆穿困，由于CdS战Si正在水溶液中晃动性较低，绕层CdS的概况缺陷可降降太阳能-氢能转化效力，将n-CdS与p-Si散漫用于PEC水份化的文献报道较少。因此，需供具备钝化战呵护下场的多功能层。凭证文献报道，TiO₂层可后退CdS的晃动性，但很少有钻研探供TiO₂正在CdS上的钝化熏染感动，进而改擅光电压战电流。

【功能简介】

远日，天津小大教巩金龙教授、王拓教授(配激进讯做者)等操做简朴化教浴群散处置商业化p-Si基底患上到p-Si/n-CdS同量结，之降伍而使多功能TiO₂层拆穿困绕其上，总体做为光电极用于光电压的产去世，并正在Nano Energy上宣告了题为“Multifunctional TiO₂Overlayer for p-Si/n-CdS Heterojunction Photocathode with Improved Efficiency and Stability”的研分割文。多功能TiO₂层具备如下熏染感动：①钝化层，用于牢靠CdS的概况缺陷，以削减概况载流子的复开；②空穴拦阻层，以反射光去世空穴，进而改擅电荷分足；③呵护层，以停止CdS战Si基底的侵蚀。所制备的p-Si/n-CdS/n-TiO₂/Pt光阴极开路电压有所删减(从49 mV降至425mV)，正在1 h内能晃动的产去世氢气。TiO₂的概况钝化效挑战高价带位置皆有助于后退光电压。光阴极的太阳能-氢能转换效力抵达2.07 %，是中性电解量中同类硅p-n同量结光电阳极中效力最下的。

【图文简介】
图1 Si/CdS/TiO₂/Pt的形貌表征

a) Si/CdS/TiO₂/Pt光电极拆穿困绕挨次示诡计；
b) Si/CdS/TiO₂/Pt 光电极的SEM图像，内插为横断里视角的SEM图像。

图2 Si/CdS/TiO₂/Pt系列质料的光电化教功能

a) Si/Pt、Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt的J-V直线；
b) Si/Pt、Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt的太阳能-氢能转化效力(STH)；
c) Si/Pt、Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt的IPCE测试；
d) Si/Pt、Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt的开路电压测试。

图3 Si/CdS/TiO₂/Pt的载流子分足

a) FTO/CdS战FTO/CdS/TiO₂的PL光谱；
b) Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt的Mott-Schottky直线。

图4 Si/CdS/TiO₂的能带挨算

a) Si/CdS电极的能带挨算示诡计；
b) Si/CdS/TiO₂电极的能带挨算示诡计；
c) Si/CdS电极的反映反映机理示诡计；
d) Si/CdS/TiO₂电极的反映反映机理示诡计。

图5 Si/CdS/TiO₂/Pt电极的晃动性测试

a) Si/Pt、Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt电极的PEC晃动性测试；
b) Si/CdS/Pt战Si/CdS/TiO₂/Pt电极晃动性测试先后的SEM图像。

【小结】

综上所述，做者乐终日将TiO₂做为多功能层操做于p-Si/n-CdS同量结光电阳极，之后退光电压、光电流战晃动性。正在该电极中，做者操做简朴化教浴群散处置的CdS层(100nm)与p-Si基底组成p-n同量结，以产去世实用的光电压。经由历程ALD格式群散的多功能TiO₂层(10nm)可能牢靠概况缺陷，降降CdS-电解量界里处的载流子复开，而且由于TiO2的高价带位置可反射光去世空穴以改擅概况电荷分足，同时呵护CdS战Si基底不产去世侵蚀。p-Si/n-CdS/n-TiO₂/Pt电极内的残缺组散发挥了协同效应，其光电压、光电流战晃动性均患上到赫然提降。TiO₂多功能拆穿困绕层不但仅对于p-Si/n-CdS实用，借有看正在其余系统中发挥熏染感动。该工做有看为提降用于真践太阳能分解水的窄带隙半导体基电极的光电压战晃动性提供一种普适脾性式。

文献链接：Multifunctional TiO₂Overlayer for p-Si/n-CdS Heterojunction Photocathode with Improved Efficiency and Stability(Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.08.024)

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