光電流特性曲線

圖 3.16 為以線性掃瞄伏安法(Linear sweep voltammetry；LSV)量 測取得之光電流-電壓曲線圖，於 0.5 M 硫酸水溶液、AM1.5 入射光 條件進行實驗。於外加偏壓 0 V 下，矽微米柱並無法顯示出光反應，

然而當沉積 4 小時之二硫化鈷於矽微米柱光陰極後，光電流可達 -0.694 mA/cm²，而矽微米柱光陰極則須將電壓加至約-0.75 V 光電流 始有光反應，當電壓持續加至-0.85 V 光電流亦可到達-3.12 mA/cm²。 對矽而言需要施以較高電壓方具有光反應實乃因矽其能隙小，傳導帶 上之光生電子動能不足，因此光電子往往於傳輸至電解液前先於材料 內與電洞再結合而消失，因此當光電子具足夠動能，材料內大量光電 子方可有效轉換為光電流。

圖 3.16 光電流-電壓曲線；(RHE：reversible hydrogen electrode)

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同時可發現，於研究所製備 CoS₂-Si 光陰極中，以沉積二硫化鈷 6 小時之光陰及表現最佳，於外加偏壓為 0 V 下其光電流可達-3.22 mA/cm²，理論上相當於以 CoS₂-Si-6h 光陰極置於相同環境條件，光 電極不需施加偏壓即可進行產氫反應。然而，當沉積時間增加至 8、

10 小時，光電流卻不再增加，反而具有減弱之情形，分別為-2.01、

-1.57 mA/cm²。為驗證我們所選擇之共觸媒二硫化鈷於光電流不具有 貢獻，實驗中將二硫化鈷沉積於透明導電玻璃(fluorine doped tin oxide；

FTO)之上，如圖 3.17 所示。

圖 3.17 CoS2-FTO-6h 電流-電壓曲線

圖 3.17 中，CoS2-FTO-6h 於照光與不照光情形下，電流密度完全

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重疊，顯示出二硫化鈷不具有光反應，因此不造成光電流上之貢獻，

即圖 3.16 中所有 CoS2-Si 光陰極其光電流皆來自於矽所產生之光電子，

而矽於此電壓範圍下應不具有可被觀察之光反應，透過共觸媒之輔助，

得以提升光電流量值，因此得以觀察光陰極明顯之光反應。

接著我們以開關電流(switch current)檢驗各光電極之光反應性，

如圖 3.18。此處我們以 0 V(vs. RHE)之外加偏壓進行量測，發現純 Si

Current Density ( mA/cm 2 )

Time (s)

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我們將定義兩標準作為比較光電極效率之指標，一、光電極於 0 V(vs. RHE)下電流值大小；二、起始電位(onset potential)，起始電位 此處定義為光電流值達-1 mA/cm²時光電極所施加偏壓處定義之。因 此若將圖 3.16 整理可得圖 3.19。

圖 3.19 CoS₂-Si 光陰極效率比較圖

如圖 3.19 相較於純矽微米柱，當二硫化鈷修飾於矽微米柱之後，

從沉積二硫化鈷 4 小時樣品所得之光電流與起始電位已較純 Si 光陰 極來得優，而最佳參數落在沉積二硫化鈷 6 小時之樣品，同時具有最 佳起始電位與 0 V 下最佳光電流值，分別為 0.248 V 與-3.22 mA/cm²。 然而，當沉積時間增至 8 與 10 小時，雖光電流與起始電位仍較純 Si 光陰極佳，但已較沉積 6 小時之樣品所得之光電流值為下降。如此結

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