多孔矽奈米結構於光電化學之研究

本研究，在矽基板上利用蝕刻技術製作出多孔矽奈米結構及利用化學電鍍方式在多孔矽上成長鎳薄膜結構，並將其應用在光電化學產氫之研究。在多孔矽部分，透過改變電流密度與時間，蝕刻出不同奈米結構的多孔矽，再以掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope SEM) 及光激發螢光 (Photo-Luminescence,PL)去觀察不同條件參數下多孔矽結構的變化，並將其應用在光電化學產氫的實驗上，在實驗中，發現高電流密度、短時間(電流密度 200mA/cm 2 、時間 5min)，於偏壓-0.6V 電化學測量中的光電流密度最高可達到 0.24mA/cm 2 。最後研究在多孔矽結構的變化及其在表面鍍上鎳金屬薄膜下對於光電化學產氫上的影響，經由光電化學量測發現，隨著鎳的添加，減少了電子電洞的再結合，提升了氧化還原反應，達到更高的光電轉換效率，尤其當沉積時間為 15min、溫度 60℃時，最高的飽和光電流可提升至 2mA/cm 2 。從實驗結果可以讓我們瞭解，多孔矽的提升光吸收減少光反射與鎳金屬的極大表面積與減少電子電洞再結合，有助於提升光電化學產氫，相信對於未來將會是氫能源的研究方向之一。

關鍵字

多孔矽；光電化學；氫；氫反應；水分解；鎳；無電沉積

並列摘要

We demonstrate the porous silicon (PS) and nickel (Ni)-coated PS for photoelectrochemical applications. A electroless Ni-deposition onto PS was investigated for the evaluation of hydrogen generation. The nanostructured PS fabricated with higher etching current density (200 mA/cm2) and short time (5 mins) showed highest photoluminescence (PL) which is favorite for the generation of photocurrents.The deposition of Ni on PS can increase the photocurrrent at the applied bias 0.6 V. Furthermore, it is found that a thin layer of porous silicon can serve as anti-reflection layer for the underlying Si substrate, improving photocurrent by reducing photon reflection at the Si/liquid interface.This development is a step towards the demonstration of a complete artificial photosynthetic system, composed of only inexpensive, earth-abundant material, that is simultaneously efficient, durable, and scalable.