高性能硅光板用超薄镍钝化使之避免被水氧化

高性能硅光板用超薄镍钝化使之避开被水氧化n〔与它的原生氧化供给了一个高性能金属-绝缘体。Ni膜作为一个外表保护层的腐蚀和作为一种非贵金1MKOH水溶液，Ni／n光阳极具有高的光电催化低起始电位〔~1.07伏和可逆的氢电极80小时后电极没有图3〔a〕为通道电阻(R)作为门电压的函数〔VG〕来测量晶体管电压〔VDS〕0.1v，B,场效应迁移率和通道长度的关系C〕移动性测量〔μh〕2(40电子伏特)〔图4〕在氧化硅上显示典型特征的单层石墨烯。以确定长程的挨次和域大小，我们扫描电子束下样品然后记录了衍射图案95%一个单一的方向[见补充材料〔16〕S5]。为了评估单层石墨烯的两步剥离方法的电气性能，我们制作场效应晶体管〔FET〕和石墨烯空穴转移氧化硅晶片0纳米。一个有代表性的小区的通道电阻R〕作为一个功能的栅极电压图。石墨烯与C相比，这是高SiC到SiO2正掺杂其与他类似如石墨转移的典型石墨烯层或铜在2表层。场效应迁移率计算出的最大跨导为0到02〔图B。同样，从空穴压力测得的流淌性在范围从10002700cm2V−1−1，这取决于载流子密度〔图b何影响碳化硅邻界面的步骤。这些电测量结果说明，两部剥离过程后石墨烯保持其质量。阳光的问题限制了广泛社会应用太阳能电力根底设〔光催化的的电化学反响产生的化学燃料，它可以储存运输。光催化裂解水的反响潜力巨大，为此，巨大的努力已投资在半TiO2WO3等氧化物在这些条件下相对稳定，但对可见光活性很低，硅和III-V族半导体是电子工业的重要材也可以承受光电耦合电解方案避开，PEC分解水可能将降低制造本钱。半导体外表钝化层材料可以抑制或延缓光腐蚀；这一层也可以作为电催化剂加速析氧反响的位置。有限的争论已成功在硅光阳极镀上各种保护层，包括过渡金属氧化物，SiO2、贵金属硅化物，和聚合物涂层，黄金薄膜。例如，MnOx和NiOx能够保持高的光电催化活性而且保护好硅片〔氢氧化钾和硫酸钾电解质中，但稳定性是有限的〔2小时TiO2〔2纳米〕沉积和铱〔3纳米〕显示出良好的稳定性〔8小时〕和光电催化活性。然而，假设长期使用稳定的贵金属铱，代价是昂贵的，因此不行取。用NiRuO保护硅纳米线表现良好，但是1.52性能降低。廉价而且高度稳定的，不吸取阳光的，电解质能穿过的保护膜，目前尚未觉察。在这里，我们争论了使用薄镍层同时保护n型Si外表〔n〕且作为催化剂的根本条件。近些年来镍基催化剂已广泛用作活泼和稳定的抗水氧化材料PEC系统还未被开发。我们把镍的薄层～0〕镀在磷掺杂的i晶片上〔=3到5，用电子束使之与原生氧化物蒸发形成金属绝缘体半导体光阳极。欧姆接触是由一个20纳米的钛层(图1。镍保护阳极在1摩尔HC水氧化H=4〕和1摩尔〔k-borate〕硼酸钾缓冲电解质液体〔pH=9.5〕高度活泼〔2，AB；循环伏安法IR补偿2Ni／n-SiKOH水溶液中被氧化(饱和甘汞电极作阴1.23V2〔图2，AB；黑暗黄曲线。本争论觉察使用的电极的平带电压转移到负600mV可观看光电流爆发〔图1和，类似于一个以前的报告B之间的差异和光电流的发生可能是由于极化损耗和电压降低。在KOH溶液中，这样的表现类似于报道过的最活泼的硅光片。以前的工作争论了镍阳极氧化和OER在硼酸钾溶液中的催化作用。在这里，我们观看了硼酸钾水溶液中对硅阳极的氧化H=／n-Si电阻〔40501015欧姆〕2纳米镍/硅光电极产生的500mV，光照下光阳极和金属之间发生严峻移位。在光照下，Ni2+/3+的氧化复原500mV相对于金属镍负移。通过比较电压进一步证明，含泡沫镍涂层的阴极和2纳米镍/n+Si1MKOH20mA/cm2时到达了一二电极电池标准(1MKOH)500毫伏。25纳米时，PEC300毫伏，20〔10nm20nm〕得到较小的饱和电流密度，我们归因于镍膜降低透光率〔S5对薄膜透亮度光学透过率测量。2Ni／n-SiPEC活动中连续运行4小时后仍能几乎全部保存〔条件为1MH02电流密度〔图2，但扫描电子显微镜〔SEM〕成像和俄歇电子能谱化学分析显示，薄膜在KOH水溶液腐蚀缓慢，表现为消灭蚀孔〔图。俄歇电子能谱化学分析证明，孔蚀发生在5小时候，且硅暴露于这些孔洞〔图2／i进一步被腐蚀，硅被暴露〔图7C和。硅及其氧化物被暴露后在此条件下〔1mol/LKOH〕只能持续进展十几分钟的PEC反响。明显，这两纳米的镍膜能够显著地减缓硅被KOH腐蚀的速度。Ni／n-Si光阳极在硼酸钾溶液中的腐蚀被大大减缓，这是由于镍在硼酸钾溶液中的高稳定性。在02电流密度条件下进展C反响2小时后，我们观看到ii光阳极仍旧在活动〔图2C和；此外，显微镜和俄歇映射显示没有蚀刻坑且没有硅暴露在电解质中〔E及2纳米／i光阳极在硼酸钾电解质溶液中反响小时候活性才衰退。明显，锂离子和钾离子的局部置换赐予了镍光阳极更加优异的稳定性。一个两纳米镍膜的硅阳极在硼酸锂水溶液中能够供给1080镜和俄歇映射观看觉察，没有任何外表腐蚀的现象。即使是80小时的反响后，电极外表80小时后的比照也没有表现出明显的光电催化活性衰减〔图8。只要一个稳定的硼酸钾锂混合膜在电解质溶液中形成10mA/cm2恒定电流密度在锂电解质溶液中光照24165小时〔同等条件下。此外，我们觉察含有锂离子的KOH溶液能改善电池的稳定性48小时的反响后仍旧存在腐蚀现〔图。除PEC的稳定性试验之外，我们也对镍/硅光电极的化学稳定性进展了测试，NiOx/Ni〔在C中0分钟生成，和暴露的i放入1MH或M4个小时后观看全部样本腐蚀状况。然而，镍涂层的样品暴露在1MKOH24小时后外表形貌略有变化，金属镍转化为氢氧化镍〔图PEC反响中。为了确定镍/硅阳极的外表组成，我们对已用氩离子铣削的2纳米硅样品/5纳米镍镀层〔1M5/12PEC反响X〔XPS〕深度〔图32纳米镍硅样品的i和OSI信号持续增加，成为主要成分。高区分率镍光谱显示，在KOH中进展PEC反响后，镍层外表的镍为+3价氧化态，而内部的镍为金属状态。在硅的外表没有KOHPEC12小时候仍旧被镍保护着。我们认为镍/si-sio2-ni-niox-电解质的界面有关。在MIS器件，光电压取决于内部的潜能和肖特基势垒线性高度。假设使用多晶硅，或者用铂和钯作阴极，5nm200mv的电压，Ni-SiO2-Si金属-绝缘体-OER催化剂〔即镍的氧化物。相反，在硅片上的2纳米的镍/氧化镍薄膜似乎表现并不如更厚的镍，由于它们超薄的构造只能一局部地传递电荷，不像厚的金属片那样，和以前的争论结果相符。PEC度的内建电位和电压调整。其次，外表的镍也作为OER反响的催化剂。众所周知，镍基催化剂对于OER反响的催化活性在第一组过渡金属是最高的。在高电位下，