The Influence of Annealing on the Sb Layer in the Synthesis of [001]-Oriented Sb₂Se₃ Film for Photoelectrochemical Hydrogen Gas Generation

Autor(es)

Costa, Magno B. ; de Araujo, Moises A. ; Puigdollers, Joaquim ; Ortega, Pablo ; Andreu, Teresa ; Voz, Cristobal ; Saucedo, Edgardo ; Mascaro, Lucia H.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS; v. N/A, p. 16-pg., 2025-04-17.

Resumo

This work reports a new thermal treatment approach to obtain [001]-oriented Sb2Se3 film, which consists of preliminary annealing of the Sb layer before its selenization. Among the different Sb annealing temperatures assessed, the one at 200 degrees C followed by selenization (Sb2Se3(Sb-A200)) results in a considerably high texture coefficient at the [001] direction, whereas the Sb2Se3 film obtained only by selenization of the non-annealed Sb film (Sb2Se3(Sb-NA)) features preferential orientation at the [hk0] direction. In terms of photoelectrochemical (PEC) performance for H-2 generation, the Sb2Se3(Sb-A200)/CdS/TiO2/Pt film delivers a substantial photocurrent density of -5.65 mA cm(-2) at 0 V-RHE, which is 10 times higher compared to the Sb2Se3(Sb-NA)/CdS/TiO2/Pt film. Additionally, the employment of the Sb annealing step results in stable PEC performance of the Sb2Se3 film over 7000 s, meaning that the photocorrosion is minimized. The improved PEC performance of the Sb2Se3 film is attributed to better crystallinity and composition closer to the stoichiometric condition, as well as the preferential orientation at the [001] direction that favors charger carriers' transportation. At last, the findings of this work feature an innovative thermal treatment approach to obtain [001]-oriented Sb2Se3 film to further improve H-2 generation from PEC water splitting. (AU)

• Processo FAPESP: 21/07727-0 - Síntese e caracterização de heteroestruturas baseadas em SLG/Mo/Sb2Se3/CdS/ZnO/cocatalisador para aplicações fotoeletrocatalíticas
• Beneficiário: Magno Barcelos Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 16/12681-0 - Obtenção e caracterização de filmes finos do semicondutor ternário sulfeto de antimônio e estanho, TAS (T=estanho,A=antimônio e S=enxofre), para aplicação em células fotovoltaicas
• Beneficiário: Moisés Albuquerque de Araújo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 17/21365-8 - Eletrodeposição e caracterização de filmes finos de Sb2Se3 e MSbxSey (M = Cu, Co, Ni, ou Zn) para aplicações na produção de hidrogênio e redução de CO2.
• Beneficiário: Magno Barcelos Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs