EES：用于水分解的热氧化Cu2O光电阴极中晶体取向相关的刻蚀和陷阱

Nanoyu

2022-03-26

光电化学（PEC）水分解水制氢是一种非常有前途的利用阳光的策略。为了实现高效的PEC水分解，合适的带隙和良好的电子性质对于光吸收和光生电子传输必不可少。

近日，苏黎世大学S. David Tilley报道了对光电阴极器件中热氧化亚铜（TO-Cu₂O）进行了氨水溶液刻蚀。

文章要点

1）与未刻蚀的器件相比，刻蚀的器件表现出更高的光电化学（PEC）性能以及更好的重复性。最佳样品在0 V和0.5V分别获得了-8.6 mA cm⁻²和-7 mA cm⁻²光电流密度，起始电位为0.92 V_RHE，填充因子为44%。在0.56 V_RHE下获得了3.6%的偏置光电流效率，创下了Cu₂O基光阴极系统的新纪录。

2）基于电容的仿形研究表明，在生长的器件中，界面陷阱有很强的钉扎效应，这些陷阱通过氨水溶液刻蚀被去除。此外，刻蚀过程还导致了基于不同晶向的Cu₂O晶体的不同形貌。

3）研究人员用电子背散射衍射仪(EBSD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了刻蚀后晶体取向的分布以及晶体取向与形貌的关系。高指数晶体组的PEC表现出比低指数组更高的统计性能。X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析表明，Cu₂O/Ga₂O₃界面处存在金属铜，这是限制PEC性能的主要陷阱。结果表明，金属铜来源于ALD过程中生长的Cu₂O样品上CuO杂质层的还原。

参考文献

Wenzhe Niu, et al, Crystal orientation-dependent etching and trapping in thermally-oxidised Cu₂O photocathodes for water splitting, Energy Environ.Sci., 2022

DOI: 10.1039/D1EE03696C

https://doi.org/10.1039/D1EE03696C