專利名稱：一種基于p型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于P型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法，尤其是涉及一種能真正實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化的半導(dǎo)體一維納米結(jié)構(gòu)光電極組成的自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法，屬于清潔可再生新能源利用及新材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今人類社會發(fā)展的最大挑戰(zhàn)能源危機和環(huán)境污染。經(jīng)過19世紀(jì)和20世紀(jì)的兩次工業(yè)革命，人類進入了先進工業(yè)和高度文明的現(xiàn)代社會。然而，工業(yè)社會的迅速發(fā)展也導(dǎo)致了能源的大量消耗。據(jù)估算，當(dāng)今世界依賴的能源體系，也就是化石能源(包括煤炭、石油、天然氣)僅僅能維持不過百年。而且，隨著能源的不斷稀少，開采新能源的難度和成本也大大增加，所消耗能量甚至?xí)平虺剿@得的能源能量。再者，燃燒化石能源造成大量的碳排放和其他有害物質(zhì)，空氣污染，全球變暖，已嚴(yán)重影響到人類本身的居住和生活。唯一的解決途徑就是利用清潔可再生新能源。氫能被認(rèn)為是下一代最有可能發(fā)展的替代能源，它含能高，方便攜帶與使用，且無污染、零碳排放。隨著技術(shù)的發(fā)展，除了在工業(yè)生產(chǎn)中的傳統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用，氫氣也越來越多的應(yīng)用在了諸如燃料電池、氫能源汽車等民生領(lǐng)域。然而目前世界上96 %的氫能同樣來源于天然氣、石油等非可再生能源的消耗轉(zhuǎn)化， 比如目前美國的年度氫產(chǎn)量95 %是通過甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)的。水是由氫和氧組成的， 氫含量豐富，并且水在地球上體積巨大，通過電解水制得氫和氧是一種理想的途徑，然而目前全球僅僅3. 9%的氫是由水電解獲得，而且現(xiàn)有技術(shù)耗能巨大，所需電能同樣是由化石能源產(chǎn)生來的，發(fā)展?jié)摿τ邢蕖Ｋ岳锰柲?、風(fēng)能等清潔可再生能源，從地球含量豐富的水中獲得電能或氫能被認(rèn)為是今后可持續(xù)發(fā)展的最好途徑，也已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)工業(yè)界研究的熱點之一。光電化學(xué)電池(PEC)即是利用太陽光電解水制氫的器件。光電化學(xué)電池一般由光電極、對電極和電解液組成。利用具有光催化活性的半導(dǎo)體做光電極，在光照射下產(chǎn)生光生電子-空穴對，繼而產(chǎn)生光生電流和光生電壓，使水分子分別在正負(fù)電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，制得氫氣和氧氣，完成太陽能-化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。適合做光電極的半導(dǎo)體材料必須同時滿足幾個必要條件合適的能帶位置、化學(xué)穩(wěn)定性好以及足夠的載流子遷移率。然而，大部分P型半導(dǎo)體不能同時滿足以上幾個條件。因此，到目前為止，大部分研究集中在了 η型半導(dǎo)體上，包括TiO2, SrTiO3, ZnO, Fe2O3等。用這些η型半導(dǎo)體做光陽極，陰極則一般選用貴金屬電極，如鉬電極。然而，由于η型半導(dǎo)體的導(dǎo)帶位置大都接近于氫的還原電位，利用這種η型單結(jié)光電化學(xué)電池來光解水制氫必須要在外加電壓下才能進行，這就使它成為一種并非真正意義上的太陽能制氫裝置，也降低了它的吸引力。解決這個問題的一個最理想的途徑是采用一種新式的電池結(jié)構(gòu)，陽極和陰極都采用光電極組成，即η型半導(dǎo)體作為光陽極，ρ型半導(dǎo)體作為光陰極。這種電池結(jié)構(gòu)運行不需要外加電壓，即使在平帶位置低于氫還原電位也可以，這就使它成為了真正太陽能驅(qū)動的、自偏壓的光電化學(xué)電池。然而，到今天為止，這種裝置進展緩慢，原因是由于P型光陰極材料的缺乏。關(guān)于成功的n-p型自偏壓光電化學(xué)電池的報道非常稀少。所以，尋找合適的P型光陰極材料是一個迫切而又巨大的挑戰(zhàn)。許多ρ型半導(dǎo)體材料已經(jīng)被作為光陰極研究過，如GaP，GaInP2, CuGaSe2等，然而這些材料大都面臨穩(wěn)定性不好的問題，或者原材料稀少昂貴。硅是目前光伏市場的主要材料。P型單晶硅片作為光陰極也已經(jīng)被研究過，光轉(zhuǎn)化效率仍不是很高，而且都需要貴金屬催化劑。新近發(fā)展起來的納米技術(shù)為光電化學(xué)電池領(lǐng)域開辟了一條新的研究思路。尤其是以納米棒、納米管為代表的一維納米結(jié)構(gòu)光電極，可以提供高速的電子遷移速度和巨大的反應(yīng)接觸面積，有利于光生載流子的分離，大大提高電池光轉(zhuǎn)化效率。這里，我們首次利用ρ型硅納米線陣列作為光陰極，與其他常規(guī)光陽極組合，成功制備出了 n-p型自偏壓光電化學(xué)電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了更好的實現(xiàn)完全依靠太陽能進行能量轉(zhuǎn)化的太陽能-氫能轉(zhuǎn)化的光電化學(xué)電池。而提供了一種基于P型硅光陰極的太陽能制氫自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種基于ρ型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池，由納米結(jié)構(gòu)光陰極、光陽極、電解液及導(dǎo)線等組成。其中納米結(jié)構(gòu)光陰極由P型硅片襯底和在P型硅片襯底上制備的P型硅納米線陣列組成。在硅片上通過化學(xué)侵蝕生長的部分為P型硅納米線陣列，未侵蝕的部分為P型硅片襯底，P型硅納米線陣列整齊排列，垂直生長于P型硅片襯底。所述P型硅納米線陣列，直徑為10-1000納米，長度為100納米-100微米，導(dǎo)電類型為P型，載流子濃度在I014-i(f°范圍內(nèi)。所述ρ型硅片襯底為單晶硅或多晶硅，摻雜濃度包括從輕摻雜到重?fù)诫s，晶面取向包括 P (111)，P (100)。所述光陽極為η型光響應(yīng)半導(dǎo)體電極，包括氧化鈦、氧化鐵、氧化鋅、氧化鎢；結(jié)構(gòu)包括薄膜、納米顆粒薄膜、納米線、納米管；制備方法包括濺射鍍膜、絲網(wǎng)印刷、化學(xué)氣相沉積、電子束沉積、液相沉積、化學(xué)刻蝕。所述電解液包括水溶液、酸性水溶液，以及堿性水溶液，濃度為0. 1Μ-5. 0Μ。一種基于ρ型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池的制備方法如下將經(jīng)過清洗的P 型硅片浸入由氫氟酸和硝酸銀組成的反應(yīng)溶液中，在5-50°C下處理一段時間，冷卻取出后清洗，制得尺寸可控的P型硅納米線陣列，最后組裝成光電化學(xué)電池。具體包括以下步驟(l)p型硅納米線陣列的制備將ρ型硅片先后用丙酮、酒精、體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗， 然后再放入濃度為2-10M的氫氟酸浸泡后移入氫氟酸和濃度為0. 01-0. 05M的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在5-50°C下靜置反應(yīng)一段時間。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸中去除雜質(zhì)銀、吹干。(2)自偏壓光電化學(xué)電池的組裝在ρ型硅納米線陣列上制作歐姆電極，利用封裝和導(dǎo)線連接等工藝，使之作為光
4陰極，另外選用一個光陽極組成兩電極體系，選用一種電解質(zhì)溶液，組裝成光電化學(xué)電池。有益效果1、本發(fā)明成功實現(xiàn)了一種完全依靠太陽能進行能量轉(zhuǎn)化的真正意義上的太陽能-氫能轉(zhuǎn)化的光電化學(xué)電池。該自偏壓光電化學(xué)電池在光照下無需外加偏壓即可產(chǎn)生短路電流，光電響應(yīng)時間小于1秒，短路光電流密度可達10微安每平方厘米以上，開路電壓范圍大于100毫伏，光轉(zhuǎn)化效率范圍大于0. 01 %。2、首次提供了一種基于ρ型硅光陰極的太陽能制氫自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法。采用低成本化學(xué)刻蝕方法，大規(guī)模制備出P型硅納米線陣列，與其他合適的光陽極組合，率先成功組裝成n-p型自偏壓光電化學(xué)電池。工藝簡單、低溫制備、節(jié)約成本、易于規(guī)模生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為基于ρ型硅光陰極的太陽能制氫自偏壓光電化學(xué)電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例3所制備ρ型硅納米線陣列的截面SEM圖；圖3為實施例3所制備自偏壓光電化學(xué)電池的短路電流曲線。其中，1-硅片襯底，2-p型硅納米線陣列，3-光陽極，4-電解液，5_導(dǎo)線，6_電流表、負(fù)載或測試等設(shè)備。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1選用邊長為2cm的P(Ill)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入氫氟酸(濃度為5. 0M)和硝酸銀(濃度為0. 02M)的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在5°C下靜置反應(yīng)20分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列 2的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積， 其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用濺射在FTO導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦薄膜作為光陽極3，其有效面積也為 0. 25cm2，共同組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池，電池結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為50-100nm，長度為1-2 μ m，垂直于襯底生長。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為 350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在 IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0.2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)
和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達10μ A/2cm ο實施例2
選用邊長為2cm的ρ (100)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入濃度為5. OM的氫氟酸和濃度為0. 02Μ的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在50°C下靜置反應(yīng)50分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列 2的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積， 其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用濺射在FTO導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦薄膜作為光陽極，其有效面積也為 0. 25cm2，，共同組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池。所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為200-300nm，長度為10-12 μ m，垂直于襯底生長。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為 350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在 IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0.2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)
和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達80μΑ/
2
cm 。實施例3選用邊長為2cm的p(lll)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入濃度為5. OM的氫氟酸和濃度為0. 02M的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在50°C下靜置反應(yīng)60分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列 2的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積， 其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用濺射在FTO導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦薄膜作為光陽極，其有效面積也為 0. 25cm2，組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池，如圖1所示。所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為300-400nm，長度為15-18 μ m，垂直于襯底生長，截面形貌如圖2所示。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0. 2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達120 μ A/cm2，短路電流曲線如圖3所示。實施例4選用邊長為2cm的ρ (100)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液中清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入濃度為5. OM的氫氟酸和濃度為0. 02Μ的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在50°C下靜置反應(yīng)60分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列2的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積，其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用濺射在FTO導(dǎo)電玻璃上的氧化鋅薄膜作為光陽極，其有效面積也為0. 25cm2,，組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池。所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為300-400nm，長度為15-18 μ m，垂直于襯底生長。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為 350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在 IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0.2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)
和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達320μΑ/
2
cm 。實施例5選用邊長為2cm的ρ(ΙΟΟ)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入濃度為5. OM的氫氟酸和濃度為0. 02M的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在50°C下靜置反應(yīng)100分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列2 的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積，其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用在FTO導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦納米管陣列作為光陽極，其有效面積也為 0. 25cm2，，組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池。所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為500-600nm，長度為20-30 μ m，垂直于襯底生長。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為 350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在 IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0. 2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達2mA/cm2。實施例6選用邊長為2cm的ρ (100)單晶硅片，先經(jīng)過丙酮、無水乙醇分別超聲清洗10分鐘。然后放入體積比為3 1的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗10分鐘，然后再放入稀釋的氫氟酸浸泡3分鐘，之后迅速地移入濃度為5. OM的氫氟酸和濃度為0. 02Μ的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在50°C下靜置反應(yīng)400分鐘。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸2小時去除雜質(zhì)銀，最后吹干。在生長ρ型硅納米線陣列 2的硅片襯底1背面上先后濺射鋁膜和金膜制作歐姆電極，正面留出0. 25cm2的固定面積， 其余部分用環(huán)氧樹脂密封，用銅線連接硅片襯底背電極，接觸部分用導(dǎo)電銀漿結(jié)合，使之作為光陰極，另外選用濺射在FTO導(dǎo)電玻璃上的二氧化鈦薄膜作為光陽極，其有效面積也為 0. 25cm2，，組成兩電極體系，選用濃度為0. 5M的硫酸鈉水溶液作為電解液，組裝成自偏壓光電化學(xué)電池。 所制備的ρ型硅納米線為單晶結(jié)構(gòu)，直徑為lOOOnm，長度為100 μ m，垂直于襯底生長。光電化學(xué)性能測試采用500W氙燈(通過紫外/紅外濾波片，截止波長范圍為 350-750nm)作為模擬太陽光平行光源，強度控制為lOOmW/cm2。將光電化學(xué)電池連接電化學(xué)工作站。阻抗測試表明，在IOkHz的交流頻率下，測得ρ型硅納米線陣列2載流子濃度在 IO14-IO15范圍內(nèi)，平帶電位在0. 1 0. 2V范圍內(nèi)。在5mV/s的電位掃描速度下，進行暗態(tài)和明態(tài)下的電流-電壓(I-V)曲線測試和短路電流測試，測得電池短路電流密度達lOmA/cm2。
權(quán)利要求
1.一種基于P型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池，由納米結(jié)構(gòu)光陰極、光陽極(3)、電解液(4)及導(dǎo)線(5)等組成。其中納米結(jié)構(gòu)光陰極由ρ型硅片襯底(1)和ρ型硅納米線陣列(2)組成。ρ型硅納米線陣列(2)整齊排列，垂直生長于ρ型硅片襯底(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ρ型硅納米線陣列0)，直徑為10-1000納米，長度為100納米-100微米，導(dǎo)電類型為ρ型，載流子濃度在1014-l(f°范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ρ型硅片襯底(1)為單晶硅或多晶硅，摻雜濃度包括從輕摻雜到重?fù)诫s，晶面取向包括P (111)，P (100)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光陽極C3)為η型光響應(yīng)半導(dǎo)體電極，包括氧化鈦、氧化鐵、 氧化鋅、氧化鎢；結(jié)構(gòu)包括薄膜、納米顆粒薄膜、納米線、納米管；制備方法包括濺射鍍膜、 絲網(wǎng)印刷、化學(xué)氣相沉積、電子束沉積、液相沉積、化學(xué)刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液(4)包括水溶液、酸性水溶液，以及堿性水溶液，濃度為 0. 1Μ-5. OM0
6.一種基于ρ型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池的制備方法，其特征在于將經(jīng)過清洗的P型硅片浸入由氫氟酸和硝酸銀組成的反應(yīng)溶液中，在5-50°C下處理一段時間，冷卻取出后清洗，制得尺寸可控的P型硅納米線陣列O)，最后組裝成光電化學(xué)電池。具體包括以下步驟步驟一制備P型硅納米線陣列O)，即將P型硅片先后用丙酮、酒精、體積比為3 1 的硫酸和雙氧水的混合溶液清洗，然后再放入濃度為2-10M的氫氟酸浸泡后移入氫氟酸和濃度為0. 01-0. 05M的硝酸銀的混合溶液中進行水熱反應(yīng)，在5-50°C下靜置反應(yīng)一段時間。冷卻取出后用大量去離子水沖洗掉表面疏松附著物，然后浸入濃硝酸中去除雜質(zhì)銀、吹干；步驟二 組裝自偏壓光電化學(xué)電池，即在P型硅納米線陣列(2)上制作歐姆電極，利用封裝和導(dǎo)線連接等工藝，使之作為光陰極，另外選用一個光陽極C3)組成兩電極體系，選用一種電解質(zhì)溶液，組裝成光電化學(xué)電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于p型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法，尤其是涉及一種能真正實現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化的半導(dǎo)體一維納米結(jié)構(gòu)光電極組成的自偏壓光電化學(xué)電池及制備方法，屬于清潔可再生新能源利用及新材料制備領(lǐng)域。一種基于p型硅光陰極的自偏壓光電化學(xué)電池，由納米結(jié)構(gòu)光陰極、光陽極、電解液及導(dǎo)線等組成。其中納米結(jié)構(gòu)光陰極由p型硅片襯底和p型硅納米線陣列組成。在硅片上通過化學(xué)侵蝕生長的部分為p型硅納米線陣列，p型硅納米線陣列整齊排列，垂直生長于p型硅片襯底。本發(fā)明采用低成本化學(xué)刻蝕方法大規(guī)模制備出p型硅納米線陣列，進而組裝成太陽能制氫自偏壓光電化學(xué)電池，該電池不需要外加能量就能實現(xiàn)太陽能-氫能轉(zhuǎn)化。
文檔編號H01G9/20GK102231450SQ201110105270
公開日2011年11月2日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者曹傳寶, 郁強 申請人:北京理工大學(xué)