An Organic Semiconductor Photoelectrochemical Tandem Cell for Solar Water Splitting

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作者
Dan Zhang,Han‐Hee Cho,Jun‐Ho Yum,Mounir Mensi,Kevin Sivula
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (42) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/aenm.202202363
摘要

Abstract Photoelectrochemical cells employing organic semiconductors (OS) are promising for solar‐to‐fuel conversion via water splitting. However, despite encouraging advances with the half reactions, complete overall water splitting remains a challenge. Herein, a robust organic photocathode operating in near‐neutral pH electrolyte by careful selections of a semiconducting polymer bulk heterojunction (BHJ) blend and organic charge‐selective layer is realized. The optimized photocathode produces a photocurrent density of >4 mA cm −2 at 0 V vs the reversible hydrogen electrode ( V RHE ) for solar water reduction with noticeable operational stability (retaining ≈90% of the initial performance over 6 h) at pH 9. Combining the optimized BHJ photocathode with a benchmark BHJ photoanode leads to the demonstration of a large‐area (2.4 cm 2 ) organic photoelectrochemical tandem cell for complete solar water splitting, with a predicted solar‐to‐hydrogen (STH) conversion efficiency of 0.8%. Under unassisted two‐electrode operation (1 Sun illumination) a stabilized photocurrent of 0.6 mA and an STH of 0.3% are observed together with near unity Faradaic efficiency of H 2 and O 2 production.
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