Pt / TiO₂-NR / p-Si 광음극 (S₆)

paper_063의 최고 성능 광음극 스택 (샘플 "S₆"): e-beam Pt (1–2.5 nm 나노입자) / 루타일 TiO₂-nanorod-passivation-layer (~1.2 µm) / p-Si(100) 웨이퍼 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 4–5).

성능 (0.5 M H₂SO₄, AM 1.5G, 1 sun)

• Jsc = 40 mA cm⁻² @ 0 V vs RHE — 발표 당시 평면형 p-Si 기준 최고 값으로 보고됨 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 4a).
• Voc = 440 mV vs RHE (단속광 개방 회로; Fig. 4d–e).
• IPCE > 90% — 가시광 전 영역에 걸쳐 달성.
• η_IRC = 2.5% (3전극 이상적 재생 전지 효율, Eq. 1, p. 9482).
• 안정성 > 52 h + 40 h 유지 후 300회 LSV 사이클 (Fig. 5).
• J @ −0.4 V ≈ 45 mA cm⁻² — Si 이론 한계값 (44 mA cm⁻²)을 소폭 초과하며, 이 초과분은 TiO₂ 자체의 UV 흡수 (밴드갭 3.0–3.2 eV)에 기인하는 것으로 추정되나, 실험적으로 분리 검증되지는 않았다.

Pt는 HER 메커니즘을 Volmer 기구 (Tafel 기울기 123 mV dec⁻¹, Pt 없음)에서 Heyrovsky 기구 (49 mV dec⁻¹)로 전환시킨다 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. S₅).

η_IRC 주의 사항. η_IRC는 3전극 지표로서 (Coridan et al.의 ABPE에 준함), 2전극 STH 효율과는 다르다. solar-to-hydrogen-efficiency의 경고 항목을 참조할 것. 본 논문은 자체 η_IRC 2.5%가 SrTiO₃ 참조값 4.9% (Ji et al. 2015)에 미치지 못함을 인정하면서, 0 V에서의 높은 Jsc (+37%) 및 우수한 장기 안정성을 주된 강점으로 재정의하고 있다.

silicon-nanowire-photocathode (MACE 나노구조화, 패시베이션층 없음) 및 n-MoS₂-p-Si-photocathode (TMD 전사; Jsc 24.6 mA cm⁻² @0 V)와는 구별되는 구조이다. photoelectrochemical-current-density 및 photocathode-onset-potential 항목과 연계된다.