Photoelectrochemical properties of Cu-Ga-Se photocathodes with compositions ranging from CuGaSe2 to CuGa3Se5

Identifying Reactive Sites and Surface Traps in Chalcopyrite Photocathodes

“…These materials are gaining momentum as prospective photocathodes for H 2 production in photoelectrochemical (PEC) water splitting cells [8–12] . Their attractiveness relies on their superb optoelectronic properties, their compatibility with solution‐based manufacturing techniques, their ready‐to‐market photovoltaic performance, and their well‐positioned energy bands to trigger the hydrogen evolution reaction (HER), among others [13–15] . While typical chalcopyrite photocathodes utilize a complex buried junction architecture, [15, 16] recently, a direct chalcopyrite/electrolyte interface has shown hours‐stable H 2 ‐related saturation photocurrents close to the theoretical limit based on their band gap [13, 14] .…”

“…[ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ] Their attractiveness relies on their superb optoelectronic properties, their compatibility with solution‐based manufacturing techniques, their ready‐to‐market photovoltaic performance, and their well‐positioned energy bands to trigger the hydrogen evolution reaction (HER), among others. [ 13 , 14 , 15 ] While typical chalcopyrite photocathodes utilize a complex buried junction architecture,[ 15 , 16 ] recently, a direct chalcopyrite/electrolyte interface has shown hours‐stable H 2 ‐related saturation photocurrents close to the theoretical limit based on their band gap. [ 13 , 14 ] While promising, given the multi‐atomic surface of chalcopyrites, the origin of the surface reactivity remains to be elucidated, and moreover, an explanation for the inferior turn‐on voltages ( V on ) exhibited by these bare chalcopyrites is still missing.…”

“…[ 13 , 14 , 15 ] While typical chalcopyrite photocathodes utilize a complex buried junction architecture,[ 15 , 16 ] recently, a direct chalcopyrite/electrolyte interface has shown hours‐stable H 2 ‐related saturation photocurrents close to the theoretical limit based on their band gap. [ 13 , 14 ] While promising, given the multi‐atomic surface of chalcopyrites, the origin of the surface reactivity remains to be elucidated, and moreover, an explanation for the inferior turn‐on voltages ( V on ) exhibited by these bare chalcopyrites is still missing. Therefore, a deeper understanding of the processes that govern V on , such as the surface recombination and catalysis, is urgently needed to guide the optimization of bare chalcopyrites.…”

Identifizierung von reaktiven Zentren und Oberflächenfallen in Chalkopyrit‐Photokathoden

“…[8][9][10][11][12] Ihre Attraktivität beruht unter anderem auf ihren hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, ihrer Kompatibilität mit lçsungsbasierten Herstellungsverfahren, ihrer marktreifen Photovoltaikleistung und ihren gut positionierten Energiebändern, um die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) auszulçsen. [13][14][15] Während typische Chalkopyrit-Photokathoden eine komplexe "Vergrabener Übergang"-Architektur verwenden, [15,16] zeigte eine direkte Chalkopyrit/ Elektrolyt-Grenzfläche kürzlich stundenstabile H 2 -bezogene Sättigungsphotostrçme nahe der theoretischen Grenze, basierend auf ihrer Bandlücke. [13,14] Angesichts der mehratomigen Oberfläche von Chalkopyriten ist dies zwar vielversprechend, aber der Ursprung der Oberflächenreaktivität muss noch geklärt werden, und außerdem fehlt noch eine Erklärung für die geringeren Einschaltspannungen (V on ), die die reinen Chalkopyrite aufweisen.…”

“…[13][14][15] Während typische Chalkopyrit-Photokathoden eine komplexe "Vergrabener Übergang"-Architektur verwenden, [15,16] zeigte eine direkte Chalkopyrit/ Elektrolyt-Grenzfläche kürzlich stundenstabile H 2 -bezogene Sättigungsphotostrçme nahe der theoretischen Grenze, basierend auf ihrer Bandlücke. [13,14] Angesichts der mehratomigen Oberfläche von Chalkopyriten ist dies zwar vielversprechend, aber der Ursprung der Oberflächenreaktivität muss noch geklärt werden, und außerdem fehlt noch eine Erklärung für die geringeren Einschaltspannungen (V on ), die die reinen Chalkopyrite aufweisen.…”