Lithium-doping enhanced WO3 photoanodes: Reduced carrier loss and extended collection length

兴奋剂 材料科学 锂(药物) 光电子学 医学 内分泌学
作者
Baofeng Gao,Jia Zhao,Jialin Shao,Xin-Ping Zhai,Feng Gao,Yujie Wang,Rui Hao,Zemin Zhang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0290286
摘要

Photoelectrochemical (PEC) solar-fuel conversion represents a promising approach for efficiently capturing and storing solar energy. WO3 is extensively utilized as a PEC photoanode, but its performance is constrained by small polaron hopping dominated carrier losses. This study comprehensively investigates the enhancement of WO3 photoanode performance through lithium (Li)-doping. The results demonstrate that Li-doping significantly enhances charge mobility and reduces charge transfer resistance, thereby enabling a photocurrent of 0.98 mA cm−2 at 1.4 V vs RHE, 2.51-fold larger than the pristine WO3. Carrier distributions and loss characteristics were quantified using the optical transfer matrix method and incident photon-to-electron conversion efficiency measurements. These analyses reveal that Li-doping effectively suppresses carrier loss within the WO3 film and extends the carrier collection length by 8 nm, leading to significantly enhanced PEC performance. This work provides deeper insights into the charge dynamics of WO3 photoanodes, synergistically integrates experimental characterization with optoelectronic modeling, and lays a theoretical foundation for high-performance PEC device design.
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