Regulating the Microstructure of Sb 2 Se 3 Films via a MoO x Nanocrystal Interfacial Layer for Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Production

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作者
Lu Lu,Jianjun Jiang,Hao Wang,Hui Shi,Yequan Xiao,Jingfu He,Changli Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (50): 68042-68051
标识
DOI:10.1021/acsami.5c20446
摘要

Sb2Se3 photocathodes are promising candidates for photoelectrochemical hydrogen production, but their performance is often limited by insufficient light harvesting and severe charge recombination. Here, we introduce a MoOx nanocrystal interfacial layer to regulate the microstructure and interfacial properties of Sb2Se3 films. When grown on Mo/MoOx substrates, Sb2Se3 develops a nanocolumnar crystal structure with improved crystallographic orientation compared to films deposited directly on Mo, forming a light-trapping morphology that reduces reflectance and enhances absorption. In addition, MoOx functions as a hole transport layer, creating proper band alignment with Sb2Se3 to facilitate interfacial carrier transfer and mitigate charge accumulation and recombination losses. Transient absorption spectroscopy confirms that the presence of MoOx accelerates photogenerated carrier separation and prolongs carrier lifetime. Benefiting from these synergistic effects, the optimized Mo/MoOx/Sb2Se3/Pt photocathode achieves an approximately 40% enhancement in maximum photocurrent and a positive shift in onset potential relative to Mo/Sb2Se3/Pt. This work demonstrates an effective strategy to boost the performance of Sb2Se3-based photoelectrodes and provides valuable insights for interface and structural engineering in semiconductor devices.
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