研究目的
研究利用二氧化钛纳米锥阵列增强宽带光传输至覆盖高负载量吸光电催化剂的半导体光电极，以促进太阳能燃料生产。
研究成果
二氧化钛纳米锥阵列能有效作为减反射结构，即使表面大部分被不透明金属层覆盖，仍可将入射光耦合以实现向底层半导体的高透射。这种方法对于需要高催化剂负载量的应用（如太阳能燃料生产）具有广阔前景。
研究不足
该制造工艺相较于其他光管理方案更为复杂，且由于蒸发过程中氧耗尽及二氧化钛薄膜的非晶相态，所制备的二氧化钛纳米锥折射率低于理想值。
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利用二氧化钛纳米锥阵列中的介电光学波导实现太阳能燃料生产的高宽带光传输
DOI：10.1021/acs.nanolett.9b04225
期刊：Nano Letters
出版年份：2019
更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要：
我们描述了TiO?纳米锥阵列的制备及其应用，该阵列能使覆盖高负载光吸收电催化剂的光电半导体电极实现高光学透射率。当超过50%的光吸收体表面被高折射率TiO?纳米锥阵列覆盖时，该表面呈现出减反特性（反射率<5%），即使在与纳米锥非正对区域沉积厚金属触点或不透明催化剂涂层的情况下，仍能保证>85%的宽带光透射至底层硅基体。针对400-1100 nm光谱范围的三维全场电磁模拟表明，入射宽带光耦合进入TiO?纳米锥的多种导波模式，从而减少了光与金属层的相互作用。我们通过概念验证实验展示了光驱动水氧化过程：在p+n-Si光阳极表面修饰TiO?纳米锥阵列，并在未被纳米锥覆盖的p+n-Si区域电沉积Ni催化剂层。该光阳极在100 mW cm?2的AM 1.5模拟光照下产生约28 mA cm?2的光限电流密度——相当于裸露平面硅表面的预期值，尽管硅前表面54%区域被约70 nm厚的Ni金属层覆盖。
作者：
Sisir Yalamanchili，Erik Verlage，Wen-Hui Cheng，Katherine T. Fountaine，Philip R. Jahelka，Paul A. Kempler，Rebecca Saive，Nathan S. Lewis，Harry A Atwater
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