【應(yīng)用速遞】Newport 94011A太陽光模擬器用于光水解研究

【應(yīng)用速遞】Newport 94011A太陽光模擬器用于光水解研究

背景介紹：

鐵酸鉍(BiFeO₃)這類的鐵電半導體，由于其固有的特點可以加速光產(chǎn)生載流子，使得其在太陽能轉(zhuǎn)換和存儲方面的應(yīng)用越來越受到研究。然而，鐵酸鉍通常是使用復雜和昂貴的制造技術(shù)來制備的，如外延生長、射頻濺射和脈沖激光沉積等技術(shù)，這些在大規(guī)模生產(chǎn)制造鐵酸鉍時成本會很高。

Antonio Tricoli課題組報告了一個簡單且可伸縮的多孔鐵酸鉍(BiFeO₃)鈣鈦礦半導體，通過測試發(fā)現(xiàn)其光電化學性能明顯提高。通過原子層沉積*覆蓋物和光輔助電沉積鈷氧化物/氫氧化物輔助催化劑作用下，從原始微不足道的光電流密度顯著增加到0.16 mA cm⁻²(在模擬1sun太陽輻照AM1.5G光譜下)。改進的電荷轉(zhuǎn)移和電化學動力學促進了光電氧化活性的顯著增強。而且，這種鐵酸鉍(BiFeO3)光陽極功能相比可逆氫電極將光電化學氧化起始電位從0.7 V降低到0.6 V。

實驗產(chǎn)品：

本次實驗主要用到Newport LCS-100系列小面積太陽光模擬器，91150 V 參比校準電池等。下表中涂綠部分是用到的太陽光模擬器產(chǎn)品主要參數(shù):

小面積太陽光模擬器特點：

Ø 用于需要小區(qū)域光伏電池的照明研究、低成本光源、 適用于教學實驗室

Ø 輸出 1.0 sun、AM1.5G， 操作符合 ASTM 和 IEC 標準

Ø 緊湊設(shè)計 - 集成電源、勻化器和燈罩

Ø 連續(xù)衰減器允許調(diào)試可變太陽輻照

Ø 簡單，“插入”燈組件不需要燈對齊

• 集成的 2 英寸濾光片支架

部分實驗結(jié)果：

圖1  FTO玻璃上的鐵酸鉍(BiFeO₃)制作原理圖。(a)在FTO玻璃上沉積非晶態(tài)BiFeO_y納米顆粒。(b)將非晶BiFeO_y在550°C退火處理成鐵酸鉍(BiFeO₃)。(c) TiO₂原子層沉積、700℃退火。(d) CoO_x光輔助電沉積成TiO₂修飾的鐵酸鉍(BiFeO₃)光電陽極。

圖2  (a)無定形的BiFeO_y納米結(jié)構(gòu)。(b)結(jié)晶的BiFeO₃在550°C和700°C退火煅燒后結(jié)構(gòu)。(C) BiFeO3涂在*覆蓋物上。(d)經(jīng)修飾的BiFeO₃光輔助 CoO_x電沉積。

圖3  (a)多種鐵酸鉍(BiFeO₃)光陽極在黑暗中的電流密度-電位曲線(虛線)和1sun太陽輻照AM1.5G下(實線)。(b)黑暗條件下1KHz收集的莫特-肖特曲線圖。(c)1sun太陽輻照AM1.5G下等效電路的模擬曲線。(d)實時測試的光電流曲線圖。所有的測試都是在1 M氫氧化鈉溶液下進行。

總結(jié)：

Antonio Tricoli課題組采用火焰噴霧熱解法制備了鐵酸鉍(BiFeO₃)光陽極，這是一種快速、可擴展的制備技術(shù)，生產(chǎn)速度不局限于每小時幾公斤。實驗證明，經(jīng)修飾的鐵酸鉍(BiFeO₃)光陽極不受其電荷分離效率和表面動力學的不利限制。

[1]Antonio Tricoli, Alexandr N. Simonov, Joel W. Ager, et al. 2020. Enhancement of the photoelectrochemical water splitting by perovskite BiFeO₃ via interfacial engineering. Sol. Energy 202, 198–203.

[2]Abdalla, A., Khan, I., Sohail, M., Qurashi, A., 2019. Au/Ga2O3/ZnO heterostructure norods arrays for effective photoelectrochemical water splitting. Sol. Energy 181, 333–338.

[3]Ali, S., Khan, I., Khan, S.A., Sohail, M., Yamani, Z.H., Morsy, M.A., Qamaruddin, M., 2017. Plasmon aided (BiVO4)x–(TiO2)1–x ternary nanocomposites for efficient solar water splitting. Sol. Energy 155, 770–780.

[4]Basu, S.R., Martin, L.W., Chu, Y.H., Gajek, M., Ramesh, R., Rai, R.C., Xu, X., Musfeldt, J.L., 2008. Photoconductivity in BiFeO3 thin films. Appl. Phys. Lett. 92, 091905.