КҮН СӘУЛЕСІМЕН СУДЫ ЫДЫРАТУҒА АРНАЛҒАН НАНОҚҰРЫЛЫМДЫ КРЕМНИЙДІҢ ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТІ

Кремний – жер бетіндегі кең таралған және салыстырмалы түрде арзан материалдардың бірі. Оның энергетикалық жолақ аралығы 1,12 эВ болғандықтан, ол ультракүлгін, көрінетін және инфрақызыл сәулелерді тиімді жұтады. Бұл қасиеті кремнийді күн энергиясын басқа энергия көздеріне түрлендіру саласында перспективті материал етеді. Алайда тегіс кремний беттерінің жарықты шағылысу қабілеті (~25%) оның түрлендіру тиімділігін шектейді, бұл оны фотоэлектрохимиялық (PEC) процестер үшін тиімсіз етеді. Осы мәселені шешу, атап айтқанда жарық жұтуын жақсарту, төсеніш кедергісін азайту және сутегі өндірісінің тиімділігін арттыру үшін кремнийдің бетін өңдеу арқылы наноқұрылымды кремний алуға болады. Бұл зерттеуде біз металл көмегімен химиялық өңдеу (MACE) әдісін қолдана отырып, наноқұрылымды кремний фотоэлектродтарын жасадық. Алынған қара кремний (b-Si) электродтары жоғары жарық жұту қабілетін көрсетті, бұл фототок тығыздығының айтарлықтай жоғарылауына әкелді. Атап айтқанда, b-Si фотоэлектродтары 0 В (RHE) кернеуде 800 мкА/см² фототок тығыздығына жетті, бұл жазық кремний үшін 200 мкА/см² мәнімен салыстырғанда айтарлықтай жоғары. Сонымен қатар b-Si электродтары 16 сағат бойы үздіксіз жарықтандыру кезінде ұзақ мерзімді тұрақтылығын сақтады. Бұл нәтижелер наноқұрылымды кремнийдің күн энергиясымен көмегімен суды бөлу процестері үшін тиімді және тұрақты материал ретінде әлеуетін көрсетеді. Наноқұрылымды кремний қолдану жаңартылатын энергия көздерін дамыту және суды бөлу процестерінде маңызды рөл атқаруы мүмкін.

1. Yang W., et al. Strategies for enhancing the photocurrent, photovoltage, and stability of photoelectrodes for photoelectrochemical water splitting. Chemical Society Reviews, 2019, vol. 48, no. 19, pp. 4979–5015.

2. Chen Z., H.N. Dinh, and E. Miller. Photoelectrochemical water splitting, Springer, 2013, vol. 344.

3. Bozheyev F. Advancement of transition metal dichalcogenides for solar cells: a perspective, Journal of Materials Chemistry A, 2023, vol. 11, no. 37, pp. 19845–19853.

4. Bozheyev F. Transition metal dichalcogenide thin films for solar hydrogen production. Current Opinion in Electrochemistry, 2022, vol. 34, p. 100995.

5. Bozheyev F., et al. Influence of SnWO4, SnW3O9, and WO3 Phases in Tin Tungstate Films on Photoelectrochemical Water Oxidation, ACS Applied Materials & Interfaces, 2024.

6. Markhabayeva A., et al. Effect of synthesis method parameters on the photocatalytic activity of tungsten oxide nanoplates. AIP Advances, 2021, vol. 11, no. 9.

7. Tolepov Z., et al. Effect of Bi addition on the switching effect and structure of thin Ge2Sb2Te5 films prepared by ion-plasma RF co-sputtering. Journal of Non-Crystalline Solids, 2024, vol. 642, p. 123167.

8. Prikhodko O.Y., et al. Photocatalytic activity of liquid-phase exfoliated gallium selenide flakes, Chalcogenide Lett, 2021, vol. 18, p. 777–781.

9. Markhabayeva A.A., et al. Construction of a ZnO Heterogeneous Structure Using Co3O4 as a Co-Catalyst to Enhance Photoelectrochemical Performance, Materials, 2023, vol. 17, no. 1, p. 146.

10. Tolubayeva, D.B., et al. Effect of hydrogen plasma treatment on the sensitivity of ZnO based electrochemical non-enzymatic biosensor, Biosensors, 2023, vol. 13, no. 8, p. 793.

11. Liu, X., et al., Black silicon: fabrication methods, properties and solar energy applications. Energy & Environmental Science, 2014, vol. 7, no. 10, pp. 3223–3263.

12. Luo Z., T. Wang, and J. Gong. Single-crystal silicon-based electrodes for unbiased solar water splitting: current status and prospects, Chemical Society Reviews, 2019, vol. 48, no. 7, pp. 2158–2181.

13. Mussabek G., et al. Preparation and characterization of hybrid nanopowder based on nanosilicon decorated with carbon nanostructures. Applied Nanoscience, 2023, vol. 13, no. 10, pp. 6709–6718.

14. Megouda N., et al. Investigation of morphology, reflectance and photocatalytic activity of nanostructured silicon surfaces. Microelectronic Engineering, 2016, vol. 159, pp. 94–101.

15. Branz H.M., et al. Nanostructured black silicon and the optical reflectance of graded-density surfaces. Applied Physics Letters, 2009, vol. 94, no. 23.

16. Mussabek G., et al. Kinetics of hydrogen generation from oxidation of hydrogenated silicon nanocrystals in aqueous solutions. Nanomaterials, 2020, vol. 10, no. 7, p. 1413.

17. Yu Y., et al. Enhanced photoelectrochemical efficiency and stability using a conformal TiO2 film on a black silicon photoanode. Nature Energy, 2017, vol. 2, no. 6, pp. 1–7.

18. Ao X., et al. Black silicon with controllable macropore array for enhanced photoelectrochemical performance. Applied Physics Letters, 2012, vol. 101, no. 11.

19. Kadlečíková M., et al. Raman spectroscopy of silicon with nanostructured surface. Optik, 2022, vol. 257, p. 168869.

20. Abdullin H., et al. Poluchenie nanoteksturirovannoj poverhnosti kremnija metodom selektivnogo himicheskogo travlenija, iniciirovannogo metallicheskimi nanoklasterami serebra, p. 127. [in Russia].

21. Yue W., et al. Surface-enhanced Raman scattering with gold-coated silicon nanopillars arrays: The influence of size and spatial order. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2022, vol. 267, p. 120582.