Operando el control óptico IR de los portadores de carga localizados en los fotoánodos BiVO

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La fotoquímica
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• La eficiencia de las células fotoelectroquímicas (PEC) está limitada por el transporte del portador, a menudo obstaculizado por la localización de la carga en los óxidos metálicos.
• Las cargas localizadas, como los polarones o las interacciones de defectos, restringen la acumulación y extracción de cargas, lo que afecta la actividad catalítica.

Objetivo del estudio:

• Demostrar un nuevo método para activar portadores localizados en el vanadato de bismuto (BiVO4) utilizando fotones infrarrojos (IR).
• Investigar el efecto de la excitación de fotones infrarrojos en la cinética de la portadora y la potenciación de corriente fotoelectroquímica (PEC).

Principales métodos:

• Utilizó la excitación de fotones IR para activar ópticamente los portadores localizados en BiVO4.
• Se emplean técnicas de resolución temporal para rastrear a los transportistas vinculados a las vacantes de oxígeno, determinando la localización y los tiempos de captura asistida por transporte.
• Investigó la influencia de los campos eléctricos en la localización de la carga.

Principales resultados:

• Se demostró que los fotones IR excitan ópticamente las cargas localizadas, modulando su cinética y aumentando la corriente PEC.
• Se observó la localización del portador en las vacantes de oxígeno con una escala de tiempo de aproximadamente 10 ns, seguida de atrapamiento asistido por transporte alrededor de 60 μs.
• Se encontró que la localización de la carga depende fuertemente del campo eléctrico dentro del dispositivo.

Conclusiones:

• La modulación óptica utilizando fotones IR ofrece un nuevo enfoque para controlar los portadores localizados en BiVO4 PEC.
• Este método proporciona una vía para ajustar el rendimiento del dispositivo a demanda y explorar la fotofísica relacionada con los defectos.
• Si bien el impacto actual en el rendimiento general de PEC es limitado, el enfoque es prometedor para la optimización de dispositivos futuros.