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具有共形氧化铜和保护层的串联硅微柱阵列光阴极（通过脉冲激光沉积制备）

DOI：10.1021/acsami.9b14408 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 本研究表明，通过脉冲激光沉积(PLD)制备的高质量保护层对Si-Cu2O微柱阵列的影响，旨在克服光降解问题并实现光电化学(PEC)水分解的长期稳定运行。我们系统评估了具有不同设计参数的平面与微柱器件结构及其对PEC析氢反应的影响。在平面器件基底上，发现600 nm厚度的Cu2O薄膜与厚度比为5:1的Cu2O/CuO异质结层具有最优性能。相较于平面Si/Cu2O器件，平面Si/Cu2O/CuO异质结构展现出更高的光伏性能(Jsc=20 mA/cm2)，但微柱器件未呈现此提升。通过PLD在Si/Cu2O平面与微柱阵列上制备ZnO(25 nm)和TiO2(100 nm)多功能覆盖层，形成可抑制光腐蚀的空穴选择性钝化层。对比微柱Si/ITO-Au/Cu2O/ZnO/TiO2/Pt堆叠结构与平面器件，在优化条件下，以Pt作为析氢反应催化剂的Si/Cu2O光阴极在0 V vs RHE电位下实现7.5 mA cm?2的光电流，起始电位为0.85 V vs RHE，并保持75小时稳定运行。
作者： Pramod Patil Kunturu，Christos Zachariadis，Lukasz Witczak，Minh D Nguyen，Guus Rijnders，Jurriaan Huskens
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过展示脉冲激光沉积（PLD）制备的Si-Cu2O微柱阵列上高质量保护层的影响，克服光降解问题并实现光电化学（PEC）水分解过程中的长期运行。

研究成果

该研究利用脉冲激光沉积法（PLD）成功开发出一种具有高光稳定性的串联Si/Cu2O微柱光阴极，其表面覆盖有钝化ZnO和TiO2超薄膜。优化后的器件在相对于可逆氢电极（RHE）0 V电位下实现了7.5 mA cm?2的光电流，0.85 V的光电压，并展现出超过75小时的稳定性，证明了PLD技术在构建高纵横比微柱阵列共形涂层以实现稳定光电化学水分解器件方面的有效性。

研究不足

该研究指出，微柱器件并未像平面器件那样因Cu2O/CuO异质结层而表现出性能提升，这表明某些优化方案在不同器件架构中的应用可能存在局限性。

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