Publication

Extreme light absorption in a necking-free monolayer of resonant-size nanoparticles for photoelectrochemical cells

Ali Dabirian
2014
Article
Résumé

Semiconductor photoelectrodes for water oxidation that absorb visible light usually have poor electronic transport properties and small optical absorption coefficients near their absorption edge. Therefore, innovative designs that lead to significant optical absorption in relatively thin layers of these compounds are highly desirable. Here, using full-field electromagnetic optical simulations, we demonstrate that a monolayer of resonant-size BiVO4 spheres can provide enhancement up to a factor of two in solar light absorption relative to dense planar layers. In this monolayer, BiVO4 spheres do not need to be interconnected; therefore, such monolayers are flexible and their fabrication process does not require the complicated necking steps to establish electrical contact among the nanoparticles. These resonant-size spheres support Mie resonance modes that efficiently trap light and hence significantly increase effective optical path length. Under air mass 1.5 global (AM1.5G) irradiation, the maximum achievable photocurrent density (MAPD) in a monolayer of 250 nm diameter BiVO4 spheres reaches 4.9 mA. cm(-2). This is about twofold improvement over the MAPD for a 250 nm thick dense planar layer and well above the 3.8 mA. cm(-2) MAPD for a 1 mu m thick dense planar layer. In addition, it is shown that lower-order resonance modes of the spheres are superior to higher-order modes for broadband optical absorption. The insight provided in this work can also be applied to nitride and oxynitride photoanode materials.

À propos de ce résultat
Cette page est générée automatiquement et peut contenir des informations qui ne sont pas correctes, complètes, à jour ou pertinentes par rapport à votre recherche. Il en va de même pour toutes les autres pages de ce site. Veillez à vérifier les informations auprès des sources officielles de l'EPFL.

Graph Chatbot

Chattez avec Graph Search

Posez n’importe quelle question sur les cours, conférences, exercices, recherches, actualités, etc. de l’EPFL ou essayez les exemples de questions ci-dessous.

AVERTISSEMENT : Le chatbot Graph n'est pas programmé pour fournir des réponses explicites ou catégoriques à vos questions. Il transforme plutôt vos questions en demandes API qui sont distribuées aux différents services informatiques officiellement administrés par l'EPFL. Son but est uniquement de collecter et de recommander des références pertinentes à des contenus que vous pouvez explorer pour vous aider à répondre à vos questions.