光电化学(PEC)分解水可以将间歇性太阳能转化为氢燃料，从而解决太阳能的收集和储存问题。氧化亚铜(Cu2O)由于其固有的p型特性、储量丰富和低成本而可作为PEC水分解的光阴极。
此外，Cu2O的带隙约为2 eV，具有合适的析氢能带位置，更使其成为低成本光阴极材料的首选。
但是，使用单一的Cu2O光阴极很难实现太阳光驱动的水分解，通常需要构建由Cu2O光阴极和光阳极或太阳能电池组成的自偏置串联装置。
对于这种串联系统，增加光阴极和光阳极或太阳能电池的J-V曲线相交点的电流密度是提高太阳能到氢能(STH)转换效率的关键。因此，要优化析氢反应(HER)的起始电位和Cu2O光阴极的填充因子。
然而，当Cu2O与电解质直接接触时，会产生半导体-液体结(SCLJ)。在这种情况下，会不可避免地发生光电压降低(<0.6 V)和光腐蚀。
同时，以往的研究主要集中在优化Cu2O与n型缓冲层之间的能带排列以提高Cu2O光阴极的光电压。然而，n型缓冲层和保护层之间的能带对齐常常被忽略。基于此，南开大学罗景山团队制备了单缓冲层(Ga2O3)和双缓冲层(Ga2O3/ZnGeOx) Cu2O光阴极，并比较了它们的光电性能。
实验结果表明，Ga2O3/TiO2界面存在势垒，使得Cu2O光电阴极的光电压和填充因子降低；在Ga2O3层和TiO2层之间插入第二缓冲层(ZnGeOx)可以使Cu2O光阴极的起始电位提高。并且，ZnGeOx的插入引入了能级梯度并消除了Ga2O3/TiO2的界面势垒，改善了Cu2O光阴极的能带取向。
PEC性能测试结果显示，最优的Cu2O/Ga2O3/ZnGeOx/TiO2光阴极在光照下(AM 1.5G，100 mW cm-2)的起始电位为1.07 VRHE，比Cu2O/Ga2O3/TiO2光阴极(0.91 VRHE)高0.16 VRHE；同时，与Cu2O/Ga2O3/TiO2光阴极相比，Cu2O/Ga2O3/ZnGeOx/TiO2在350~480 nm波长范围内的入射光子数-电流转化效率(IPCE)提高了69%。
此外，在连续光照(AM 1.5G，0 VRHE)下，Cu2O/Ga2O3/ZnGeOx/TiO2在H型电解池中进行PEC水分解实验，H2的平均法拉第效率接近100%，表明来自Cu2O光阴极的光生电子都被用来还原质子以产生H2；并且，该电极连续10小时而没有发生明显的光电流下降(3 h内光电流密度的下降和波动主要是由于光阴极表面附着的气泡引起)，表明其具有良好的稳定性。
