ナノアーチテクチャ上の均一なp-nヘテロ接合のためのすぐに使用できるTioxの室温電気堆積

光電極は、太陽エネルギーを緑色の燃料として収穫するための光電気化学システムでは不可欠です。ただし、それらの光吸収P型半導体は、通常、キャリアの組換えの問題に苦しんでいます。それに対処するための効果的な戦略は、界面電界を作成するためにP-Nヘテロ接合を製造することです。ただし、この目的のためのN型層の堆積プロセスには、洗練された機器またはその後の処理のいずれかが必要であり、脆弱なP型構造を損傷する可能性があります。ここでは、完全な機能を備えたすぐに使用できるN型層の軽度のアプローチを報告します。構造分析により、Cu2Oを上回る均一なチタニア層（最大40 nm）の構造を損傷することなく、均一なチタニア層（最大40 nm）のコーティングが成功したことが証明されました。Ti3+コンテンツが高いため、レイヤーは優れた電荷輸送能力を持ち、追加のアニーリングを必要としません。ヘテロ接合は、キャリアの分離を効果的に促進し、0.2 Vの光電流開始電位を積極的にシフトします。モットシュショットキープロットとインピーダンス研究により、電荷移動抵抗が低下したキャリアコレクションの強化が明らかになります。このようなナノヘテロ接合には、水素進化触媒をさらにロードできます。これは、原始的なCu2Oナノアレイのそれよりも寿命が延長され、光電流をほぼ2倍にします。このアプローチは、光電気化学デバイスを製造するための潜在的にスケーラブルで効率的な選択肢を提供します。

The photocathodes are essential in photoelectrochemical systems for harvesting solar energy as green fuels. However, the light-absorbing p-type semiconductor in them usually suffers from carrier recombination issues. An effective strategy to address it is fabricating the p-n heterojunction to create an interfacial electric field. However, plenty of deposition process of the n-type layer for this purpose requires either sophisticated instruments or subsequent treatments, which may damage the vulnerable p-type structure. Herein, we report a mild approach for a ready-to-use n-type layer with full functionality. Structural analyses proved the successful coating of a uniform titania layer (up to 40 nm) over Cu2O without damaging its structure. Owing to the high Ti3+ content, the layer possesses excellent charge transport ability and requires no additional annealing. The heterojunction effectively facilitates the carrier separation and positively shifts the photocurrent onset potential for 0.2 V. The Mott-Schottky plot and the impedance study reveal an enhanced carrier collection with reduced charge transfer resistances. Such a nano-heterojunction can be further loaded with the hydrogen evolution catalyst, which almost doubles the photocurrent with an extended lifetime than that of the pristine Cu2O nanoarray. This approach puts forward a potentially scalable and efficient choice for fabricating photoelectrochemical devices.