二氧化鈦光電極可提升光電轉換效率
- 上線日期：2009/3/31 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
藉由光電化學(photoelectrochemical)電解作用(electrolysis)分解水來產生氫，是最直接的太陽能產氫方法。二氧化鈦(TiO2)奈米管由於能帶結構跨越水的還原及氧化位能，又具備在電解液中抗腐蝕(corrosion resistant)及成本低廉等優點，因此被看好是最有希望利用太陽輻射來分解水的光電極(photo-anode)材料之一。
然而TiO2的寬能隙(3.0-3.2 eV)只允許紫外光的轉換，而此波段在太陽光譜中還佔不到7%。因此要獲得高效率的太陽能-氫轉換，縮小TiO2能隙是一個關鍵。最近阿肯色大學及內華達大學的研究人員指出，發展一套依據奈米結構合成和電漿表面修飾(plasma surface modification)的製程，來提升二氧化鈦光電極的光電化學轉換效率。
研究人員藉由對鈦箔進行電鍍(electrochemical anodization)，合成具奈米管結構的二氧化鈦光電極，接著再以低壓氮電漿處理光電極表面。電漿處理能大幅提升樣品的光電化學活性，使光電流密度比未經電漿處理的對照組高出約80%。
電漿處理會去除樣品的表面的污染物、降低帶電載子的陷阱數目，並且透過掺雜氮得到n型的光電極表面。樣品光活性增加的原因除了表面電漿修飾外，光電極表面因掺雜氮而能隙變窄，導致可見光波段的吸收提高也是一個原因。另外，電漿處理也會增加表面的粗操度和溼潤性(wettability)，導致電極和電解液的接觸面積增大，進而強化電解作用。
由於表面的電漿摻雜不會阻礙載子在塊材中的傳輸，此方法應可進一步改良，使空乏層深度範圍內都能得到n型掺雜，以提高光吸收及電荷分離的效率。基於上述結果，該團隊相信透過光電極和表面結構的奈米合成，再加化學修飾，該可促進利用光穩定(photostable)的半導體電極進行光電化學產氫。詳見Nanotechnology 20 075704 (2009)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/38105
譯者:吳俊緯(成功大學微電子工程研究所)
- 相關附件: