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High-Performance Si Photocathode Enabled by Spatial Decoupling Multifunctional Layers for Water Splitting
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-10-07 , DOI: 10.1002/adfm.202107164 Zongwei Mei 1, 2 , Yongji Chen 1 , Shengfu Tong 3 , Yang Li 1 , Jian Liu 1 , Lizhi Sun 1 , Wu Zhong 1 , Xinyan Dong 1 , Yuchen Ji 1 , Yuan Lin 4 , Haibiao Chen 5 , Feng Pan 1, 6
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-10-07 , DOI: 10.1002/adfm.202107164 Zongwei Mei 1, 2 , Yongji Chen 1 , Shengfu Tong 3 , Yang Li 1 , Jian Liu 1 , Lizhi Sun 1 , Wu Zhong 1 , Xinyan Dong 1 , Yuchen Ji 1 , Yuan Lin 4 , Haibiao Chen 5 , Feng Pan 1, 6
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Spatial decoupling of light absorption and catalytic reaction is a promising approach to improve the efficiency and stability of Si photoelectrodes. Herein, patterned Ag dots (PADs) are fabricated as the front electrode on a glass layer on commercial SiNx-coated monocrystalline p-n+ Si by an industrial manufacture strategy. It is found that the electron tunneling glass layer offers excellent protection to Si photocathode in an acidic electrolyte (0.5 M H2SO4). The SiNx layer for antireflection and surface passivation also resists the corrosive electrolyte. Under 1 sun (AM 1.5G) illumination, PADs-decorated photocathode with a 0.75 mm dot-spacing exhibits a saturation photocurrent of 36.1 mA cm−2 and a photovoltage of 0.61 V when Pt is electrodeposited as the hydrogen evolution catalyst on PADs. The applied bias photo-to-current conversion efficiency (ABPE) reaches 9.7%. This performance is enabled by the simultaneous optimization of light absorption and collection of photoexcited electrons. The photocurrent can remain stable for about 100 h at 0 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE). This study identifies a new combination of multifunctional spatial-decoupling layers that is efficient in both light absorption, transfer of photoexcited electrons, and stable in an acidic electrolyte.
中文翻译:
通过空间去耦多功能层实现水分解的高性能硅光电阴极
光吸收和催化反应的空间解耦是提高Si光电极效率和稳定性的一种有前途的方法。在此,通过工业制造策略将图案化的 Ag 点 (PAD) 制造为商业 SiN x涂层单晶 pn + Si上的玻璃层上的前电极。发现电子隧穿玻璃层在酸性电解质(0.5 MH 2 SO 4)中对Si光电阴极提供了极好的保护。用于抗反射和表面钝化的 SiN x层还可以抵抗腐蚀性电解质。在 1 sun (AM 1.5G) 光照下,点间距为 0.75 mm 的 PAD 装饰光电阴极显示出 36.1 mA cm -2的饱和光电流当 Pt 作为析氢催化剂电沉积在 PAD 上时,光电压为 0.61 V。施加的偏置光电流转换效率 (ABPE) 达到 9.7%。这种性能是通过同时优化光吸收和光激发电子的收集来实现的。与可逆氢电极 (RHE) 相比,光电流在 0 V 时可以保持稳定约 100 小时。这项研究确定了一种新的多功能空间去耦层组合,该组合在光吸收、光激发电子转移方面均有效,并且在酸性电解质中稳定。
更新日期:2021-10-07
中文翻译:
通过空间去耦多功能层实现水分解的高性能硅光电阴极
光吸收和催化反应的空间解耦是提高Si光电极效率和稳定性的一种有前途的方法。在此,通过工业制造策略将图案化的 Ag 点 (PAD) 制造为商业 SiN x涂层单晶 pn + Si上的玻璃层上的前电极。发现电子隧穿玻璃层在酸性电解质(0.5 MH 2 SO 4)中对Si光电阴极提供了极好的保护。用于抗反射和表面钝化的 SiN x层还可以抵抗腐蚀性电解质。在 1 sun (AM 1.5G) 光照下,点间距为 0.75 mm 的 PAD 装饰光电阴极显示出 36.1 mA cm -2的饱和光电流当 Pt 作为析氢催化剂电沉积在 PAD 上时,光电压为 0.61 V。施加的偏置光电流转换效率 (ABPE) 达到 9.7%。这种性能是通过同时优化光吸收和光激发电子的收集来实现的。与可逆氢电极 (RHE) 相比,光电流在 0 V 时可以保持稳定约 100 小时。这项研究确定了一种新的多功能空间去耦层组合,该组合在光吸收、光激发电子转移方面均有效,并且在酸性电解质中稳定。