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剑桥大学Nature: 氧化亚铜太阳能燃料技术突破
剑桥大学Nature: 氧化亚铜太阳能燃料技术突破
7月前
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氧化亚铜(Cu2O)作为一种天然的p型半导体材料,因其低成本,较稳定等特点在光电制氢领域表现出极大的潜力。经历多年对电荷载流子提取、传输及注入的研究,目前Cu2O光电极的性能已经可以与基于成熟光伏半导体材料的光电极匹敌。然而,氧化亚铜本身体相对较短的载流子扩散距离,限制着光电极性能的进一步突破。值得一提的是,这个材料性质导致的瓶颈问题,也限制着几乎所有其他氧化物半导体在光电器件中的应用。此外,由于氧化物中载流子寿命一般较短,普通超快光谱技术的时间分辨能力无法满足对最重要的载流子动力学过程的观测。
图1. 晶向可调的氧化亚铜单晶薄膜
图2. 超快载流子动力学各向异性研究
图3. 具有主要晶体取向的多晶氧化亚铜光电极
开发了一种室温常压条件下的液相外延生长方法,可以低成本,大面积的生长高质量的氧化亚铜单晶薄膜。该方法可以通过调节基底的晶体取向来调控氧化亚铜薄膜的晶体取向,为半导体基础性质研究提供了一个杰出的材料平台。 开发了一系列适合测试薄膜垂直平面方向光电性质的表征,拓展了飞秒瞬态反射光谱在氧化物薄膜上的测试方法,首次发现了氧化亚铜薄膜体相中的载流子传输性质各向异性,首次定量了氧化亚铜各晶向上载流子的扩散距离,从而为未来氧化亚铜的光电器件设计提供了重要理解和参数。 基于全新光电各向异性的理解,通过调节电沉积动力学参数,获得具有主要晶体取向的多晶氧化亚铜薄膜。基于此制备的(111)多晶光电极在关键电位的光电流性能,相对之前最先进平板光电极,提高了70%。
论文在4月24日以“High carrier mobility along the [111] orientation in Cu2O photoelectrodes”为题发表在Nature,第一作者是潘林枫,戴霖杰,通讯作者是罗景山,Anders Hagfeldt, Michael Graetzel, Samuel Stranks。
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07273-8#additional-information
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来源:知社学术圈
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