光电化学(PEC)水分解水制氢是一种非常有前途的利用阳光的策略。为了实现高效的PEC水分解,合适的带隙和良好的电子性质对于光吸收和光生电子传输必不可少。
近日,苏黎世大学S. David Tilley报道了对光电阴极器件中热氧化亚铜(TO-Cu2O)进行了氨水溶液刻蚀。
文章要点
1)与未刻蚀的器件相比,刻蚀的器件表现出更高的光电化学(PEC)性能以及更好的重复性。最佳样品在0 V和0.5V分别获得了-8.6 mA cm−2和-7 mA cm−2光电流密度,起始电位为0.92 VRHE,填充因子为44%。在0.56 VRHE下获得了3.6%的偏置光电流效率,创下了Cu2O基光阴极系统的新纪录。
2)基于电容的仿形研究表明,在生长的器件中,界面陷阱有很强的钉扎效应,这些陷阱通过氨水溶液刻蚀被去除。此外,刻蚀过程还导致了基于不同晶向的Cu2O晶体的不同形貌。
3)研究人员用电子背散射衍射仪(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了刻蚀后晶体取向的分布以及晶体取向与形貌的关系。高指数晶体组的PEC表现出比低指数组更高的统计性能。X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析表明,Cu2O/Ga2O3界面处存在金属铜,这是限制PEC性能的主要陷阱。结果表明,金属铜来源于ALD过程中生长的Cu2O样品上CuO杂质层的还原。
参考文献
Wenzhe Niu, et al, Crystal orientation-dependent etching and trapping in thermally-oxidised Cu2O photocathodes for water splitting, Energy Environ.Sci., 2022
DOI: 10.1039/D1EE03696C
https://doi.org/10.1039/D1EE03696C