Cuantificación de Pérdidas y Evaluación de los Límites de Fotovoltaica en Sistemas de División de Agua Metal-aislante-semiconductores

Resumen Los fotoelectrocatalizadores metal-aislante-semiconductor (MIS) ofrecen un enfoque hacia una división de agua solar estable y eficiente. Inicialmente motivada como una estrategia para proteger el fotoabsorbedor semiconductor subyacente de condiciones operativas adversas, se ha demostrado recientemente que el grosor de la capa aislante en los sistemas MIS es un parámetro de diseño crítico que puede ajustarse para optimizar la fotovoltaica. Este estudio analiza el mecanismo subyacente mediante el cual el grosor de la capa aislante impacta el rendimiento de los fotoelectrocatalizadores MIS. Se investiga un ejemplo concreto de un sistema MIS Ir/HfO2/n-Si para la reacción de evolución de oxígeno. Los resultados de experimentos combinados y modelado sugieren que el grosor del aislante afecta la fotovoltaica i) favorablemente al controlar el flujo de portadores de carga desde el semiconductor hacia el electrocatalizador metálico y ii) desfavorablemente al introducir no idealidades como estados de defectos superficiales que limitan la fotovoltaica generada. Es importante cuantificar estos diferentes mecanismos y sugerir vías para abordar estas no idealidades para permitir el diseño racional de sistemas MIS que puedan acercarse a los límites fundamentales de fotovoltaica. El análisis descrito en esta contribución, así como la estrategia para optimizar la fotovoltaica, son generalizables a otros sistemas MIS.