无形TiO2涂层稳定Si,GaAs和GaP光电极,以有效的氧化水
Shu Hu1, Matthew R Shaner1, Joseph A Beardslee2
1Division of Chemistry and Chemical Engineering, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA. Joint Center for Artificial Photosynthesis, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USA.
Science (New York, N.Y.)
|May 31, 2014
概括
二氧化 (TiO2) 涂层保护水中的 (Si) 等不稳定的半导体,以有效生产太阳能燃料. 这些受保护的光电极实现了高光电流和氧气演变的稳定性,促进了太阳能转化.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
背景情况:
- 像 (Si),化 (GaAs) 和化 (GaP) 这样的半导体对于太阳能燃料生产是高效的,但在水性环境中会降解.
- 水中的不稳定性限制了这些半导体作为太阳能燃料发电的光电极的实际应用.
研究的目的:
- 开发半导体光电极的保护涂层,以提高它们在水性介质中的稳定性.
- 研究二氧化 (TiO2) 涂层在防止腐蚀和提高Si,GaAs和GaP光电极在水氧化中的性能方面的有效性.
主要方法:
- 原子层沉积 (ALD) 用于将不同厚度 (4-143 nm) 的TiO2涂层涂在半导体基板上.
- 进行了光电化学测量,以评估涂层光电极的性能,包括光电流密度,光电压和法拉第效率.
- 氧化物电催化剂与Si光电极一起使用.
主要成果:
- TiO2涂层有效地防止了水溶液中Si,GaAs和GaP的腐蚀.
- 二氧化涂层表现出电子缺陷,促进了孔导通和足够的透明度,以便光线透.
- 具有TiO2涂层和Ni氧化物电催化剂的光电解极在高光电流密度 (>30 mA/cm2) 和100%法拉代效率下,在100多小时内表现出稳定的氧气演变.
- TiO2涂层的GaAs和GaP光电极实现了显著的光伏 (0.81V和0.59V) 和限制水氧化的光电流密度.
结论:
- 原子层沉积TiO2是一种可行的策略,可以稳定用于太阳能燃料生产的半导体光电极.
- 保护的半导体光电极显示出对高效和耐用水分的巨大希望,用于产生气.
- 这种方法可以在实际的光电化学设备中使用高效但不稳定的半导体.
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