A Bottom-Up Approach toward All-Solution-Processed High-Efficiency Cu(In,Ga)S2 Photocathodes for Solar Water Splitting

Advanced Energy Materials

Volumn 6, Issue 7, 2016, Pages

  Guijarro, Néstor ^a   Prévot, Mathieu S ^a   Yu, Xiaoyun ^a   Jeanbourquin, Xavier A ^a   Bornoz, Pauline ^a   Bourée, Wiktor ^a   Johnson, Melissa ^a   Le Formal, Florian ^a   Sivula, Kevin ^a  

^a EPFL   (Switzerland)

Author keywords

chalcopyrite; electrochemistry; nanocrystals; photocatalysis; solar hydrogen

Indexed keywords

CADMIUM SULFIDE; DEPOSITION; ELECTROCATALYSTS; ELECTROCHEMISTRY; ENERGY GAP; FIELD EMISSION CATHODES; II-VI SEMICONDUCTORS; INDIUM COMPOUNDS; NANOCRYSTALS; PHOTOCATALYSIS; PHOTOCATHODES; SOLAR POWER GENERATION; SULFUR COMPOUNDS; THIN FILMS; TITANIUM DIOXIDE;

CHALCOPYRITE; MICROCRYSTALLINE THIN FILMS; OPTOELECTRONIC PROPERTIES; SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS; SEQUENTIAL DEPOSITION; SOLAR HYDROGEN; SOLAR WATER SPLITTING; STATE-OF-THE-ART PERFORMANCE;

COPPER COMPOUNDS;

EID: 84956635701     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201501949     Document Type: Article

References (93)

1. a) A. C. Nielander, M. R. Shaner, K. M. Papadantonakis, S. A. Francis, N. S. Lewis, Energy Environ. Sci. 2015, 8, 16;
2. b) T. J. Jacobsson, V. Fjallstrom, M. Edoff, T. Edvinsson, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2056.
3. M. S. Prévot, K. Sivula, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 17879.
4. M. G. Walter, E. L. Warren, J. R. McKone, S. W. Boettcher, Q. Mi, E. A. Santori, N. S. Lewis, Chem. Rev. 2010, 110, 6446.
5. H. Kaneko, T. Minegishi, K. Domen, Coatings 2015, 5, 293.
6. a) J. Kim, T. Minegishi, J. Kobota, K. Domen, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6368;
7. b) L. Zhang, T. Minegishi, J. Kubota, K. Domen, Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 6167;
8. c) L. Zhang, T. Minegishi, M. Nakabayashi, Y. Suzuki, K. Seki, N. Shibata, J. Kubota, K. Domen, Chem. Sci. 2015, 6, 894.
9. a) Y. E. Romanyuk, H. Hagendorfer, P. Stücheli, P. Fuchs, A. R. Uhl, C. M. Sutter-Fella, M. Werner, S. Haass, J. Stückelberger, C. Broussillou, P.-P. Grand, V. Bermudez, A. N. Tiwari, Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 12;
10. b) A. Jager-Waldau, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011, 95, 1509.
11. A. ChirilǍ, P. Reinhard, F. Pianezzi, P. Bloesch, A. R. Uhl, C. Fella, L. Kranz, D. Keller, C. Gretener, H. Hagendorfer, D. Jaeger, R. Erni, S. Nishiwaki, S. Buecheler, A. N. Tiwari, Nat. Mater. 2013, 12, 1107.
12. X. Yu, X. An, A. Shavel, M. Ibanez, A. Cabot, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 12317.
13. L. C. Seitz, Z. Chen, A. J. Forman, B. A. Pinaud, J. D. Benck, T. F. Jaramillo, ChemSusChem 2014, 7, 1372.
14. H. Kumagai, T. Minegishi, N. Sato, T. Yamada, J. Kubota, K. Domen, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8300.
15. S. Ikeda, T. Nakamura, S. M. Lee, T. Yagi, T. Harada, T. Minegishi, M. Matsumura, ChemSusChem 2011, 4, 262.
16. M. Moriya, T. Minegishi, H. Kumagai, M. Katayama, J. Kubota, K. Domen, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3733.
17. J. Luo, S. D. Tilley, L. Steier, M. Schreier, M. T. Mayer, H. J. Fan, M. Grätzel, Nano Lett. 2015, 15, 1395.
18. Gunawan, W. Septina, S. Ikeda, T. Harada, T. Minegishi, K. Domen, M. Matsumura, Chem. Commun. 2014, 50, 8941.
19. J. Zhao, T. Minegishi, L. Zhang, M. Zhong Gunawan, M. Nakabayashi, G. Ma, T. Hisatomi, M. Katayama, S. Ikeda, N. Shibata, T. Yamada, K. Domen, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 11808.
20. Z. Guan, W. Luo, J. Feng, Q. Tao, Y. Xu, X. Wen, G. Fu, Z. Zou, J. Mater. Chem. A 2015, 3, 7840.
21. W. Septina, Gunawan, S. Ikeda, T. Harada, M. Higashi, R. Abe, M. Matsumura, J. Phys. Chem. C 2015, 119, 8576.
22. M. C. Lux-Steiner, A. Ennaoui, C. H. Fischer, A. Jäger-Waldau, J. Klaer, R. Klenk, R. Könenkamp, T. Matthes, R. Scheer, S. Siebentritt, A. Weidinger, Thin Solid Films 2000, 361-362, 533.
23. R. Klenk, J. Klaer, C. Köble, R. Mainz, S. Merdes, H. Rodriguez-Alvarez, R. Scheer, H. W. Schock, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011, 95, 1441.
24. R. M. Vequizo, S. Kobayashi, N. Tsuboi, K. Oishi, F. Kaneko, Jpn. J. Appl. Phys. 2007, 46, 716.
25. W. Liu, D. B. Mitzi, M. Yuan, A. J. Kellock, S. J. Chey, O. Gunawan, Chem. Mater. 2010, 22, 1010.
26. S. Ikeda, M. Nonogaki, W. Septina, G. Gunawan, T. Harada, M. Matsumura, Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 1849.
27. a) R. Scheer, H. J. Lewerenz, J. Vac. Sci. Technol. A 1995, 13, 1924;
28. b) H. Chen, Y.-M. Yeh, C. H. Liao, J. Z. Chen, C.-l. Wang, Ceram. Int. 2014, 40, 67.
29. a) A. M. Smith, S. Nie, Acc. Chem. Res. 2010, 43, 190;
30. b) G. Niu, A. Ruditskiy, M. Vara, Y. Xia, Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5806.
31. S. C. Riha, S. J. Fredrick, J. B. Sambur, Y. Liu, A. L. Prieto, B. A. Parkinson, ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 58.
32. N. Guijarro, M. S. Prévot, K. Sivula, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 3902.
33. Q. Guo, G. M. Ford, W. C. Yang, B. C. Walker, E. A. Stach, H. W. Hillhouse, R. Agrawal, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 17384.
34. Q. Guo, G. M. Ford, H. W. Hillhouse, R. Agrawal, Nano Lett. 2009, 9, 3060.
35. Q. Guo, G. M. Ford, R. Agrawal, H. W. Hillhouse, Prog. Photovolt. 2013, 21, 64.
36. Q. Guo, S. J. Kim, M. Kar, W. N. Shafarman, R. W. Birkmire, E. A. Stach, R. Agrawal, H. W. Hillhouse, Nano Lett. 2008, 8, 2982.
37. J.-H. Yoon, T.-Y. Seong, J.-h. Jeong, Prog. Photovolt. 2013, 21, 58.
38. L. V. Puyvelde, J. Lauwaert, F. Pianezzi, S. Nishiwaki, P. F. Smet, D. Poelman, A. N. Tiwari, H. Vrielinck, J. Phys. D: Appl. Phys. 2014, 47, 045102.
39. S. Zhang, L. Wu, R. Yue, Z. Yan, H. Zhan, Y. Xiang, Thin Solid Films 2013, 527, 137.
40. M. Yuan, D. B. Mitzi, W. Liu, A. J. Kellock, S. J. Chey, V. R. Deline, Chem. Mater. 2010, 22, 285.
41. A. Carrete, A. Shavel, X. Fontané, J. Montserrat, J. Fan, M. Ibáñez, E. Saucedo, A. Pérez-Rodríguez, A. Cabot, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15982.
42. N. Hiroya, Y. Yuta, M. Takahiro, K. Taizo, N. Tokio, Jpn. J. Appl. Phys. 2012, 51, 10NC24.
43. a) D. Pan, L. An, Z. Sun, W. Hou, Y. Yang, Z. Yang, Y. Lu, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5620;
44. b) S.-H. Chang, B.-C. Chiu, T.-L. Gao, S.-L. Jheng, H.-Y. Tuan, CrystEngComm 2014, 16, 3323.
45. M. D. Regulacio, C. Ye, S. H. Lim, Y. Zheng, Q.-H. Xu, M.-Y. Han, CrystEngComm 2013, 15, 5214.
46. H.-T. Tung, I.-G. Chen, J.-M. Song, M.-G. Tsai, I. M. Kempson, G. Margaritondo, Y. Hwu, Nanoscale 2013, 5, 4706.
47. S.-H. Chang, M.-Y. Chiang, C.-C. Chiang, F.-W. Yuan, C.-Y. Chen, B.-C. Chiu, T.-L. Kao, C.-H. Lai, H.-Y. Tuan, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 4929.
48. a) J. Kolny-Olesiak, H. Weller, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 12221;
49. b) K. Tanaka, H. Uchiki, S. Iida, T. Terasako, S. Shirakata, Solid State Commun. 2000, 114, 197.
50. S. Niki, M. Contreras, I. Repins, M. Powalla, K. Kushiya, S. Ishizuka, K. Matsubara, Prog. Photovoltaics 2010, 18, 453.
51. E. Dilena, Y. Xie, R. Brescia, M. Prato, L. Maserati, R. Krahne, A. Paolella, G. Bertoni, M. Povia, I. Moreels, L. Manna, Chem. Mater. 2013, 25, 3180.
52. M. Venkatachalam, M. D. Kannan, S. Jayakumar, R. Balasundaraprabhu, N. Muthukumarasamy, Thin Solid Films 2008, 516, 6848.
53. a) D. Papadimitriou, N. Esser, C. Xue, Phys. Status Solidi B 2005, 242, 2633;
54. b) A. Neisser, I. Hengel, R. Klenk, T. W. Matthes, J. Álvarez-García, A. Pérez-Rodríguez, A. Romano-Rodríguez, M. C. Lux-Steiner, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2001, 67, 97.
55. K. Wu, D. Wang, Phys. Status Solidi A 2011, 208, 2730.
56. a) G. Niu, S. Yang, H. Li, J. Yi, M. Wang, X. Lv, J. Zhong, J. Electrochem. Soc. 2014, 161, D333;
57. b) A. Anedda, G. Bongiovanni, F. Raga, E. Fortin, M. Quintero, Il Nuovo Cimento D 1983, 2, 1950.
58. Y. Oh, K. Woo, D. Lee, H. Lee, K. Kim, I. Kim, Z. Zhong, S. Jeong, J. Moon, ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 17740.
59. Y. Itzhaik, O. Niitsoo, M. Page, G. Hodes, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4254.
60. S. Ai, H. Matsushita, A. Katsui, J. Mater. Sci. 2000, 35, 2553.
61. K. Xiao, Q.-Z. Xu, K.-H. Ye, Z.-Q. Liu, L.-M. Fu, N. Li, Y.-B. Chen, Y.-Z. Su, ECS Solid State Lett. 2013, 2, P51.
62. F. T. F. O'Mahony, T. Lutz, N. Guijarro, R. Gomez, S. A. Haque, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9760.
63. a) J. W. Thomson, L. Cademartiri, M. MacDonald, S. Petrov, G. Calestani, P. Zhang, G. A. Ozin, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9058;
64. b) R. Chen, M. H. So, C.-M. Che, H. Sun, J. Mater. Chem. 2005, 15, 4540.
65. M. Johnson, S. V. Baryshev, E. Thimsen, M. Manno, X. Zhang, I. V. Veryovkin, C. Leighton, E. S. Aydil, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1931.
66. a) M. Theelen, V. Hans, N. Barreau, H. Steijvers, Z. Vroon, M. Zeman, Prog. Photovoltaics 2015, 23, 537;
67. b) T. Gershon, B. Shin, N. Bojarczuk, M. Hopstaken, D. B. Mitzi, S. Guha, Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1400849.
68. C. W. Lan, W. C. Yu, W. C. Hsu, in Encyclopedia of Surface and Colloid Science, 2nd ed., Vol. 2 (Ed:, O. P. Somasundaran,), CRC Press, Boca Raton, FL 2006, pp. 1072.
69. N. Guijarro, M. S. Prévot, X. A. Jeanbourquin, X. Yu, K. Sivula, Chem. Mater. 2015, 27, 6337.
70. C. Sanchez, K. D. Sieber, G. A. Somorjai, J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1988, 252, 269.
71. L. Kronik, D. Cahen, H. W. Schock, Adv. Mater. 1998, 10, 31.
72. D. Yokoyama, T. Minegishi, K. Maeda, M. Katayama, J. Kubota, A. Yamada, M. Konagai, K. Domen, Electrochem. Commun. 2010, 12, 851.
73. M. Gloeckler, J. R. Sites, Thin Solid Films 2005, 480-481, 241.
74. M. D. Archer, Phys. E 2002, 14, 61.
75. K.-S. Choi, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2244.
76. M. A. Butler, J. Appl. Phys. 1977, 48, 1914.
77. M. Turcu, I. M. Kötschau, U. Rau, J. Appl. Phys. 2002, 91, 1391.
78. J. F. McCann, J. Pezy, J. Electrochem. Soc. 1981, 128, 1735.
79. B. T. Ahn, L. Larina, K. H. Kim, S. J. Ahn, Pure Appl. Chem. 2008, 80, 2091.
80. T. Nakada, M. Mizutani, Y. Hagiwara, A. Kunioka, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2001, 67, 255.
81. K. Orgassa, U. Rau, Q. Nguyen, H. Werner Schock Jr., H. Werner, Prog. Photovoltaics 2002, 10, 457.
82. Gunawan, W. Septina, T. Harada, Y. Nose, S. Ikeda, ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 16086.
83. R. N. Bhattacharya, M. A. Contreras, B. Egaas, R. N. Noufi, A. Kanevce, J. R. Sites, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 253503.
84. D. Yokoyama, T. Minegishi, K. Jimbo, T. Hisatomi, G. Ma, M. Katayama, J. Kubota, H. Katagiri, K. Domen, Appl. Phys. Express 2010, 3, 101202.
85. Y. Lin, R. Kapadia, J. Yang, M. Zheng, K. Chen, M. Hettick, X. Yin, C. Battaglia, I. D. Sharp, J. W. Ager, A. Javey, J. Phys. Chem. C 2015, 119, 2308.
86. K. Lee, J. Y. Kim, S. H. Park, S. H. Kim, S. Cho, A. J. Heeger, Adv. Mater. 2007, 19, 2445.
87. J. Jasieniak, L. Smith, J. v. Embden, P. Mulvaney, M. Califano, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 19468.
88. P. Dai, W. Li, J. Xie, Y. He, J. Thorne, G. McMahon, J. Zhan, D. Wang, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 13493.
89. a) A. Paracchino, N. Mathews, T. Hisatomi, M. Stefik, S. D. Tilley, M. Gratzel, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 8673;
90. b) M. Malizia, B. Seger, I. Chorkendorff, P. C. K. Vesborg, J. Mater. Chem. A 2014, 2, 6847.
91. J. J. Kelly, R. Memming, J. Electrochem. Soc. 1982, 129, 730.
92. T. Kameyama, T. Osaki, K.-i. Okazaki, T. Shibayama, A. Kudo, S. Kuwabata, T. Torimoto, J. Mater. Chem. 2010, 20, 5319.
93. M. S. Prévot, N. Guijarro, K. Sivula, ChemSusChem 2015, 8, 1359.