Oxidación fotoelectroquímica eficiente y sostenida del agua por fotoanodos de óxido de cobalto/silicio con interfaces...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• La electroquímica es electroquímica.
• Energía renovable Energía renovable.

Sus antecedentes:

• El silicio (Si) es un material de fotoelectrodo prometedor para la división del agua.
• Proteger el Si de la corrosión, especialmente a un pH alto, es crucial para la estabilidad del dispositivo.
• La mejora de la interfaz entre el semiconductor y el catalizador mejora el rendimiento fotoelectroquímico.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un catalizador robusto para la oxidación fotoelectroquímica del agua en silicio.
• Para investigar el efecto de la nanotextualización y la deposición de catalizadores en el rendimiento y la estabilidad del dispositivo.
• Demostrar una estrategia efectiva para proteger los fotoelectrodos de silicio en condiciones adversas.

Principales métodos:

• La deposición por capa atómica mejorada con plasma (PEALD) de óxido de cobalto (CoO_x) en p(+) n-Si.
• Fabricación de fotoelectrodos de silicio nanotexturizados y planos.
• Mediciones fotoelectroquímicas bajo iluminación solar simulada.
• Pruebas de estabilidad a largo plazo a pH alto (13.6).

Principales resultados:

• Se logró una densidad de fotocorriente de 17 mA/cm2 a 1.23 V frente a RHE.
• Demostrada densidad de corriente de saturación de 30 mA/cm2 y fotovoltaica > 600 mV.
• Se observó una oxidación fotoelectroquímica sostenida del agua sin degradación después de 24 horas.
• Los dispositivos nanotexturizados mostraron un rendimiento mejorado debido a la reducción del grosor del óxido de silicio y un mejor contacto interfacial.

Conclusiones:

• PEALD de CoO_x en Si nanotexturizado es un método eficaz para la oxidación de agua fotoelectroquímica eficiente y estable.
• La ingeniería de la interfaz catalizador / semiconductor es clave para mejorar el rendimiento y la estabilidad del fotoelectrodo de Si.
• Este enfoque ofrece una estrategia general para el desarrollo de sistemas fotoelectroquímicos avanzados.