(Zn,Ti)O Electron Transport Layer Enables the Highest Conversion Efficiency in Cd‐Free Sb 2 Se 3 Photocathodes for Stable Solar Hydrogen Production

光电阴极 材料科学 光电流 光电子学 图层(电子) 制氢 能量转换效率 串联 太阳能燃料 光电效应 量子效率 电子 电子传输链 光电导性 耗尽区 光电化学 二硒醚 钝化 双极扩散
作者
Shuo Chen,Yong Chen,Hanhua Chen Fan Zhang,Muhammad Abbas,Donglou REN,Yuexing Chen,Jingting Luo,Zhuanghao Zheng,Zhenghua Su,Guangxing Liang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (11): e18202-e18202 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202518202
摘要

Antimony selenide (Sb2Se3) has emerged as a promising photocathode material for photoelectrochemical (PEC)-driven solar hydrogen production due to its low toxicity, cost-effectiveness, and excellent photoelectric properties. Currently, efficient Sb2Se3 photocathodes are mostly coupled with CdS electron transport layer (ETL), however, suffering from natural toxicity, parasitic light absorption, and interfacial mismatch and/or instability. In this study, we introduce a Cd-free Sb2Se3 photocathode with an atomic layer deposition-processed (Zn,Ti)O ETL, which mitigates the respective limitations of binary oxides (i.e., ZnO and TiO2). The optimized (Zn,Ti)O ETL enhances electron carrier density, establishes a favorable 'spike-like' band alignment at the Sb2Se3/(Zn,Ti)O interface, significantly improves charge separation and transport efficiencies, as well as the stability. Consequently, the champion device achieves an impressive photocurrent density (Jph) of 31.1 mA/cm2, a record half-cell solar-to-hydrogen (HC-STH) efficiency of 5.27% for Cd-free Sb2Se3 photocathodes, and the highest unbiased STH efficiency of 2.50% in the Sb2Se3-BiVO4 tandem cell, setting a new benchmark for eco-friendly and high-performance PEC processed green hydrogen production.
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