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Benchmark performance of low-cost Sb2Se3 photocathodes for unassisted solar overall water splitting.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-02-13 , DOI: 10.1038/s41467-020-14704-3 Wooseok Yang 1 , Jin Hyun Kim 2 , Oliver S Hutter 3 , Laurie J Phillips 3 , Jeiwan Tan 1 , Jaemin Park 1 , Hyungsoo Lee 1 , Jonathan D Major 3 , Jae Sung Lee 2 , Jooho Moon 1
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2020-02-13 , DOI: 10.1038/s41467-020-14704-3 Wooseok Yang 1 , Jin Hyun Kim 2 , Oliver S Hutter 3 , Laurie J Phillips 3 , Jeiwan Tan 1 , Jaemin Park 1 , Hyungsoo Lee 1 , Jonathan D Major 3 , Jae Sung Lee 2 , Jooho Moon 1
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Determining cost-effective semiconductors exhibiting desirable properties for commercial photoelectrochemical water splitting remains a challenge. Herein, we report a Sb2Se3 semiconductor that satisfies most requirements for an ideal high-performance photoelectrode, including a small band gap and favourable cost, optoelectronic properties, processability, and photocorrosion stability. Strong anisotropy, a major issue for Sb2Se3, is resolved by suppressing growth kinetics via close space sublimation to obtain high-quality compact thin films with favourable crystallographic orientation. The Sb2Se3 photocathode exhibits a high photocurrent density of almost 30 mA cm-2 at 0 V against the reversible hydrogen electrode, the highest value so far. We demonstrate unassisted solar overall water splitting by combining the optimised Sb2Se3 photocathode with a BiVO4 photoanode, achieving a solar-to-hydrogen efficiency of 1.5% with stability over 10 h under simulated 1 sun conditions employing a broad range of solar fluxes. Low-cost Sb2Se3 can thus be an attractive breakthrough material for commercial solar fuel production.
中文翻译：
用于无辅助太阳能整体水分解的低成本 Sb2Se3 光电阴极的基准性能。
确定具有商业光电化学水分解所需性能的经济高效的半导体仍然是一个挑战。在此，我们报道了一种 Sb2Se3 半导体，它满足理想高性能光电极的大多数要求，包括小带隙和有利的成本、光电性能、可加工性和光腐蚀稳定性。强各向异性是 Sb2Se3 的一个主要问题，通过近距离升华抑制生长动力学得到解决，以获得具有良好晶体取向的高质量致密薄膜。 Sb2Se3 光电阴极在 0 V 下相对于可逆氢电极表现出近 30 mA cm-2 的高光电流密度，这是迄今为止的最高值。我们通过将优化的 Sb2Se3 光电阴极与 BiVO4 光电阳极相结合，展示了无辅助太阳能整体水分解，在模拟 1 个太阳条件下，采用广泛的太阳通量，实现了 1.5% 的太阳能制氢效率，并且稳定性超过 10 小时。因此，低成本的 Sb2Se3 可以成为商业太阳能燃料生产中极具吸引力的突破性材料。
更新日期：2020-02-13
中文翻译：
用于无辅助太阳能整体水分解的低成本 Sb2Se3 光电阴极的基准性能。
确定具有商业光电化学水分解所需性能的经济高效的半导体仍然是一个挑战。在此，我们报道了一种 Sb2Se3 半导体，它满足理想高性能光电极的大多数要求，包括小带隙和有利的成本、光电性能、可加工性和光腐蚀稳定性。强各向异性是 Sb2Se3 的一个主要问题，通过近距离升华抑制生长动力学得到解决，以获得具有良好晶体取向的高质量致密薄膜。 Sb2Se3 光电阴极在 0 V 下相对于可逆氢电极表现出近 30 mA cm-2 的高光电流密度，这是迄今为止的最高值。我们通过将优化的 Sb2Se3 光电阴极与 BiVO4 光电阳极相结合，展示了无辅助太阳能整体水分解，在模拟 1 个太阳条件下，采用广泛的太阳通量，实现了 1.5% 的太阳能制氢效率，并且稳定性超过 10 小时。因此，低成本的 Sb2Se3 可以成为商业太阳能燃料生产中极具吸引力的突破性材料。
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