Stable Unassisted Solar Water Splitting on Semiconductor Photocathodes Protected by Multifunctional GaN Nanostructures

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作者
Yongjie Wang,Jonathan Schwartz,Jiseok Gim,Robert Hovden,Zetian Mi
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (7): 1541-1548 被引量:59
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.9b00549
摘要

Producing hydrogen by unassisted solar water splitting is one essential step to make direct solar fuel conversion a viable energy source. To date, however, there has been no demonstration of stable photoelectrodes for high-efficiency photoelectrochemical water splitting. In this work, we report that a GaInP2/GaAs/Ge triple-junction (3J) photocathode protected by multifunctional GaN nanostructures can enable both efficient and relatively stable solar water splitting. A 12.6% solar-to-hydrogen (STH) efficiency is measured without any external bias. Of particular importance, we demonstrate relatively stable solar water splitting for 80 h in three-electrode configuration and 57 h in two-electrode measurement at zero bias. This is the best reported stability for multijunction III-V semiconductor photocathodes in two-electrode configuration to our knowledge. The multifunctional GaN nanostructure significantly reduces the charge transfer resistance at the semiconductor/electrolyte interface and protects III–V materials against corrosion. Such multifunctional GaN photocatalytic nanostructures provide a new pathway to improve the performance of conventional photoelectrodes to achieve both efficient and stable unassisted solar water splitting.
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