굴절률 구배 반사방지 (밀도 구배 TiO₂ NRs)

밀도가 점진적으로 감소하는 TiO₂ 나노로드 프로파일(조밀한 기저부, 희박한 첨단부)은 전해질(n ≈ 1.33)부터 NR 층(n(TiO₂) ≈ 2.64, 550 nm 기준)을 거쳐 Si(n(Si) ≈ 4.09)에 이르기까지 유효 매질 굴절률의 연속적 구배를 형성하여, 400–1200 nm 파장 범위에 걸쳐 Fresnel 반사를 억제한다 (see Andoshe et al., J. Mater. Chem. A (2016), Fig. 3a–e).

• 40° 입사각, 550 nm에서의 반사율은 37.5% (bare Si) → 34.4% (5 nm TiO₂ 시드) → 1.4% (NRs) 순으로 감소한다 — see antireflective-reflectance.
• 이 구배는 수열 성장 중 전구체의 자연적 고갈에 의해 자발적으로 형성되며, 별도의 패터닝 공정이 필요하지 않다.
• 구조적 반사방지(V-홈 / 모스아이) 방식과는 구별되며, 여기서의 구배는 리소그래피적 기하 구조가 아닌 면적 밀도를 통해 연속적으로 구현된다.
• TiO₂ 자체의 밴드갭(3.0–3.2 eV)에서 비롯된 UV 기여분이 광전류에 부가적으로 기여하여 Si 주도 광전류를 보완하나(본문 p. 9481), 정량적 분리는 이루어지지 않았다.

nanostructure-enhanced-PEC (paper_025)와의 관계. 이 방식은 평탄한 Si 웨이퍼 위에서 구현되는 반사방지 주도형 PEC 향상 경로로서, 주된 이득은 광학적 효과에 기인한다. 이는 MACE Si-NW에서 이득을 주도하는 접합 면적 확대 / 광포획 / 캐리어 수집 직교화와는 구별된다. 두 경로 모두 photoelectrochemical-current-density를 향상시키지만, 그 물리적 기제는 서로 다르다.

TiO₂-nanorod-passivation-layer / Pt-TiO₂-NR-Si-photocathode에 구현되어 있다.