赤铁矿(α-Fe2O3)由于化学稳定性极好、价格低廉、能带合适等原因在光电化学分解水(PEC-WS)领域具有广阔应用前景。但α-Fe2O3薄膜光阳极的实测太阳光解水性能远低于其理论预测值,究其原因有:一是本征状态下导电性极差;二是光生空穴扩散距离短;三是析氧反应动力学缓慢。本论文分别采用锡元素和氧空位共掺杂、内嵌硅pn结两种方案来提高α-Fe2O3薄膜光阳极的太阳光解水性能。本论文主要内容如下:1、以超声喷雾热解法生长α-Fe2O3薄膜,引入锡元素与氧空位共掺杂提高了 α-Fe2O3薄膜光阳极的太阳光解水性能。共掺杂改性后,1.23 VRHE时光电流密度提高了25倍。分析得知,共掺杂不仅可以提高α-Fe2O3薄膜的导电性,而且可以促进光生载流子分离,抑制表面复合。但过量的额外元素掺杂会破坏主体材料的晶格与内部化学键的稳定性,而过量的氧空位则会成为载流子复合中心,故元素掺杂和缺陷浓度均需谨慎调控与系统优化。2、以水热法生长α-Fe2O3薄膜,利用内嵌硅pn结的光伏效应降低α-Fe2O3光阳极的开启电势。构筑p+n-Si/α-Fe2O3双吸收层体系,在结合锡元素掺杂、SnO2中间界面和表面Co-Pi催化剂等措施后开启电势从0.9 VRHE降至0.62 VRHE,1.23 VRHE时光电流密度从30 μA/cm2升高到250μA/cm2。此外,将硅pn结加工为完整的光伏器件与生长在FTO基底的锡掺杂α-Fe2O3(FTO/Sn@α-Fe2O3)光阳极进行电学串联。串联体系的开启电势降低至0.32 VRHE,在1.23VRHE下,光电流密度达到4.2mA/cm2。证明了内嵌光伏器件可以显著降低光电极的开启电势和外加偏压,但顶/底吸收层界面缺陷与载流子复合的控制具有较大挑战,同时需权衡整个太阳光解水系统制备的复杂性与成本问题。