Identificación y eliminación de los estados interfaciales en los fotoánodos de metal-óxido-semiconductor de Schottky...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Los fotoelectrodos de silicio (Si) eficientes tipo Schottky se ven obstaculizados por las pérdidas de extracción de carga en la heterointerfaz debido a defectos desfavorables.
• Comprender la correlación entre las características de la interfaz y la eficiencia de la fotoconversión es crucial para el avance de las tecnologías de energía solar.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de las características de interfaz en el transporte de carga y el rendimiento fotoeléctrico/fotoelectroquímico (PEC) utilizando el n-Si/óxido (MOx)/Ni como sistema modelo.
• Identificar y mitigar los defectos en la interfaz hetero de Si para mejorar la eficiencia de la fotoconversión.

Principales métodos:

• Fabricación y caracterización de las heteroestructuras n-Si/óxido/Ni con diferentes capas interfaciales, incluidas las ultrafinas AlOx y Au.
• Análisis de los estados electrónicos interfaciales, la dinámica del portador de carga y la recombinación inducida por defectos mediante mediciones fotoeléctricas y PEC.
• Evaluación del rendimiento del fotoánodo final (n-Si/SiO2/AlOx/Au/Ni/NiFeOx) en la oxidación del agua con PEC.

Principales resultados:

• Una capa de AlOx ultra delgada redujo el fijación interfacial pero introdujo defectos profundos similares a los donantes (0,59 eV por debajo de la banda de conducción), causando una recombinación de carga de ~ 10%.
• La combinación de AlOx con una capa fina de Au (AlOx / Au de doble capa intermedia) eliminó efectivamente estos defectos y optimizó el campo eléctrico para la extracción de carga.
• El fotoánodo optimizado n-Si/SiO2/AlOx/Au/Ni/NiFeOx logró un factor de llenado récord de 0,75 y una eficiencia aplicada de fotones de sesgo a la corriente (ABPE) del 3,71% para la oxidación del agua PEC.

Conclusiones:

• La ingeniería de interfaz es crítica para minimizar los defectos y maximizar la extracción de carga en los fotoelectrodos basados en Si.
• La estrategia de doble capa intermedia AlOx/Au pasiva efectivamente los estados interfaciales perjudiciales, aumentando significativamente la eficiencia de la fotoconversión.
• Este trabajo proporciona información fundamental sobre los estados electrónicos interfaciales y su papel fundamental en la mejora de la conversión de energía solar a química.