論文の概要: Nonequilibrium Green's Function simulation of Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen production

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.00630v2
• Date: Fri, 3 Nov 2023 16:21:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-06 11:31:27.816263
• Title: Nonequilibrium Green's Function simulation of Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen production
• Title（参考訳）: 光電気化学水素製造のためのCu2O光カソードの非平衡グリーン関数シミュレーション
• Authors: Lassi H\"allstr\"om, Ilkka Tittonen
• Abstract要約: 非平衡グリーン関数(NEGF)の定式化に基づく光電気化学(PEC)水分離セルの半導体電極のシミュレーションを行う。 具体的には, p型Cu2O電極について検討し, 生成光電流に対するバイアス電圧, 反応速度およびCu2O層の厚さの影響について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this work we present a simulation of the semiconductor electrodes of photoelectrochemical (PEC) water splitting cells based on the nonequilibrium Green's function (NEGF) formalism. While the performance of simple PEC cells can be adequately explained with semi-classical drift-diffusion theory, the increasing interest towards thin film cells and nanostructures in general requires theoretical treatment that can capture the quantum phenomena influencing the charge carrier dynamics in these devices. Specifically, we study a p-type Cu2O electrode and examine the influence of the bias voltage, reaction kinetics and the thickness of the Cu2O layer on the generated photocurrent. The NEGF equations are solved in a self-consistent manner with the electrostatic potential from Poisson's equation, sunlight induced photon scattering and the chemical overpotential required to drive the water splitting reaction. We show that the NEGF simulation accurately reproduces experimental results from both voltammetry and impedance spectroscopy measurements, while providing an energy resolved solution of the charge carrier densities and corresponding currents inside the semiconductor electrode at nanoscale.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,光電気化学(PEC)水分裂セルの半導体電極の非平衡グリーン関数(NEGF)の定式化に基づくシミュレーションを行う。 単純なPECセルの性能は半古典的ドリフト拡散理論で十分に説明できるが、薄膜セルやナノ構造への関心の高まりは、これらのデバイスにおける電荷キャリアのダイナミクスに影響を与える量子現象を捉える理論的な処理を必要とする。 具体的には, p型Cu2O電極について検討し, 生成光電流に対するバイアス電圧, 反応速度およびCu2O層の厚さの影響について検討した。 NEGF方程式は、ポアソン方程式からの静電ポテンシャル、日光誘起光子散乱、水分解反応の駆動に必要な化学的過大ポテンシャルと、自己整合的に解かれる。 NEGFシミュレーションは, 電荷キャリア密度および半導体電極内部の対応する電流のエネルギー分解溶液をナノスケールで提供しながら, ボルタンメトリーおよびインピーダンス分光測定による実験結果を正確に再現することを示した。

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