Fabricating High-Quality Cu2O Photocathode by Magnetron Sputtering: Insight into Defect States and Charge Carrier Collection in Cu2O

光电阴极 溅射沉积 材料科学 溅射 光电子学 光电效应 腔磁控管 瓶颈 载流子 薄膜 纳米技术 物理 计算机科学 电子 量子力学 嵌入式系统
作者
Chao Qin,Xuehua Chen,Rong Liang,Nan Jiang,Zicheng Zheng,Zhizhen Ye,Liping Zhu
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 14410-14422 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c02974
摘要

Earth-abundant Cu2O comprises one of the best-performing photocathodes for solar-driven water splitting that provides a sustainable solution for the energy crisis. However, typical Cu2O photocathodes based on widespread electrochemical deposition (ED-Cu2O) hit a bottleneck in pursuing higher efficiency due to ED-Cu2O's inadequate electrical properties and excessive detrimental defects, demonstrating the need to explore alternative methods to fabricate a high-quality Cu2O film for further development of Cu2O photoelectric conversion. Here, commercial magnetron sputtering (MS) is exploited to manufacture a Cu2O photocathode (MS-Cu2O) with an appreciable electrical property and diminished point defects. Comprehensive optoelectronic properties characterization and energy band simulations unveil that the synchronous enhancement in electronic properties and charge carrier lifetime of MS-Cu2O benefiting from its suppressed defects relative to ED-Cu2O synergistically boosts its carrier collection efficiency and PEC performance. This work demonstrates the potential of MS in fabricating an energetic Cu2O photocathode to push the advancement of Cu2O photoelectrochemical catalysis.
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