Robust Tunnel TaOx Passivating Interlayer Enables Long‐term Solar Water Oxidation

材料科学 钝化 原子层沉积 涂层 光电子学 图层(电子) 能量转换效率 腐蚀 纳米技术 冶金
作者
Yuanqi Wang,Yu Zhu,Lijuan Zhang,Huiting Huang,Changhao Liu,Bin Gao,Wangxi Liu,Huihui Yan,Jia-Cheng Jian,Zengguang Huang,Jianyong Feng,Yu Tao,Zhigang Zou,Zhaosheng Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202506326
摘要

Silicon‐based photoelectrochemical (PEC) cells offer significant advantages for solar‐to‐clean fuel conversion but face challenges such as surface recombination and poor stability, necessitating a comprehensive understanding of device failure mechanisms and effective mitigation strategies. Using nickel decorated n‐type silicon (n‐Si/Ni) as a model photoelectrode, we demonstrate that surface restructuring during operation initially passivates surface recombination but eventually blocks photogenerated hole transfer, leading to device failure. To mitigate this challenge, an ultrathin (<1 nm) tantalum oxide (TaOx) interlayer is introduced via atomic layer deposition (ALD). This TaOx layer serves as both a passivating contact and a corrosion‐resistant coating. The n‐Si/TaOx/Ni electrode achieves an increased photovoltage from 150 mV to 500 mV and significantly extends the device lifespan, maintaining over 90% performance for 500 h in 1 M KOH at 1.52 V versus RHE. These results highlight the implementation of amorphous TaOx in enhancing both the efficiency and durability of silicon‐based PEC systems, providing a simultaneously passivating and protection strategy for solar‐to‐fuel conversion technologies under harsh conditions.
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