p A separação da água fotoeletroquímica movida a energia solar (PEC) é uma abordagem atraente para converter energia solar em energia química. Entre muitos materiais de fotoeletrodos, o silício cristalino (c-Si) atraiu considerável atenção devido à sua abundância terrestre, bandgap estreito, e posição de borda de banda adequada para a reação de evolução de hidrogênio (HER). Contudo, c-Si sofre de baixa fotovoltagem gerada a partir da junção sólido-líquido. p Várias estratégias, como a construção de homojunções p-n, junções metal-isolador-semicondutor (MIS) e heterojunções p-n, foram adotados para obter alta fotovoltagem. As junções MIS têm sido o foco de atenção na separação de água PEC devido à sua fabricação simples e ao potencial de alcançar eficiências mais altas do que as junções p-n. Contudo, existem fotocátodos MIS baseados em Si muito limitados relatados com eficiência superior a 5%, muito menor do que o fotocátodo da junção p-n (10%).

p Um dos principais desafios dos fotocátodos p-Si MIS para maior eficiência é a absorção de luz parasita de catalisadores HER, como Pt, Ni-Mo, etc. Os fotocátodos MIS tradicionais são fabricados a partir de p-Si, onde os portadores minoritários fotogerados (elétrons) conduzem a reação de redução na superfície frontal. Isso pode ser traduzido no fato de que o catalisador deve ser colocado no mesmo lado da junção MIS. Assim, a absorção de luz parasita dos catalisadores limitará severamente a densidade da fotocorrente. As camadas de metal na junção MIS também causam perda óptica. Outro fator limitante é a falta de metais de baixa função de trabalho para formar um grande deslocamento de banda com p-Si na junção MIS, resultando em uma baixa fotovoltagem.

p Em um artigo de pesquisa publicado em National Science Review , cientistas da Universidade de Tianjin apresentam um fotocátodo MIS desacoplado de reação de iluminação único fabricado a partir de n-Si, que supera os desafios que impedem seriamente o desenvolvimento do fotocátodo p-Si MIS.

p Diferente de trabalhos anteriores que empregam portadores minoritários para impulsionar a reação de redução de superfície, a maioria dos portadores (elétrons) do fotocátodo n-Si MIS são usados ​​neste trabalho. Sobre este simples, modificação não convencional, mas eficaz, a junção MIS e o catalisador podem ser colocados nos lados opostos de n-Si, que evita o problema de blindagem de luz do catalisador.

p Além disso, este fotocátodo MIS construído a partir de n-Si aborda a desvantagem da falta de materiais metálicos com função de trabalho adequada para gerar um grande deslocamento de banda para o fotocátodo MIS p-Si. Ao usar óxido de índio e estanho (ITO) com alta transmitância como o material metálico de alta função de trabalho para fotocátodo n-Si MIS, a compensação entre cobertura de metal e absorção de luz confrontada por metais de alta função de trabalho é ainda mais eliminada.

p Como resultado, este fotocátodo MIS de n-Si desacoplado de reação de iluminação exibe uma absorção de luz superior a 90%, uma fotovoltagem de até 570 mV, e uma eficiência registrada de 10,3%, excedendo os fotocátodos p-Si MIS tradicionais.

p Esta estratégia fácil exibe um potencial para inspirar o projeto racional de sistemas fotoeletroquímicos movidos a energia solar que usam catalisadores com baixa transmissão de luz, um passo à frente em direção à comercialização em larga escala da divisão solar da água.