[發明專利]一種In2S3/CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極及其制備方法在審
| 申請號： | 201410302030.8 | 申請日： | 2014-06-26 |
| 公開（公告）號： | CN104167294A | 公開（公告）日： | 2014-11-26 |
| 發明（設計）人： | 徐雪青;安萍;梁柱榮;徐剛 | 申請（專利權）人： | 中國科學院廣州能源研究所 |
| 主分類號： | H01G9/20 | 分類號： | H01G9/20;H01G9/042 |
| 代理公司： | 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001 | 代理人： | 莫瑤江 |
| 地址： | 510640 廣*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 in sub cuins 薄層 寬帶 半導體 陽極 及其 制備 方法 | ||
技術領域
本發明屬于太陽能利用技術領域，尤其涉及基于薄層敏化的寬帶半導體光陽極的太陽能光電化學池的研究領域。
技術背景
基于薄層敏化多孔納米晶寬帶半導體光陽極的光電化學電池具有三維的體結結構，對材料缺陷要求較低，制備工藝簡單、成本低廉，自其發明以來受到各國研究者的廣泛關注。其中CuInS2光學吸收系數高(達6×105cm-1)，導帶位置與納米TiO2等寬帶半導體相匹配，禁帶寬度(Eg為1.50eV)接近太陽能電池材料的最佳禁帶寬度(1.45eV)，原料較為豐富毒性低，且具有較好的光化學穩定性，是理想的光敏化材料。
CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極的制備方法包括原子層沉積法、化學浴沉積法、以及連續離子層吸附反應法等，其中連續離子層吸附反應法具有成本低廉、容易控制的特點。但是采用傳統的離子層吸附反應法制備獲得的CuInS2化學計量比難以控制，材料內部缺陷多，電子復合較為嚴重，光電化學電池的量子效率較低。此外，CuInS2中的Cu+離子容易擴散到寬帶半導體晶格間隙，造成寬帶半導體/CuInS2界面的缺陷與電子復合。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供了一種In2S3/CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極及其制備方法，在寬帶半導體膜層和CuInS2之間設置一層In2S3緩沖層，以阻止Cu+離子的擴散、降低界面電子的復合。
本發明的另一個目的是提供制備上述In2S3/CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極的方法。
本發明In2S3/CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極，其特征在于由導電基片、寬帶半導體膜層和In2S3/CuInS2薄層組成，在導電基片表面沉積有寬帶半導體膜以構成寬帶半導體膜電極，在寬帶半導體膜電極表面先后包覆In2S3與CuInS2薄層，In2S3的厚度在1-5nm之間，CuInS2的厚度在2-15nm之間。所述寬帶半導體膜層，可以是多孔的納米晶寬帶半導體膜層，或者是致密的納米晶寬帶半導體膜層，優選的是多孔的納米晶寬帶半導體膜層；寬帶半導體選自TiO2、ZnO和SnO2中的一種或多種。
所述的In2S3/CuInS2薄層敏化的寬帶半導體光陽極的制備方法,采用改進的連續離子層吸附反應法，在寬帶半導體膜表面先后沉積InxS與CuyS,且In-S沉積次數多于Cu-S的沉積數，然后通過在硫氣氛中進行真空熱處理得到In2S3/CuInS2薄層敏化寬帶半導體光陽極。
具體包括如下步驟：
(1)先將寬帶半導體膜電極在銦離子溶液中浸漬30-360秒；
(2)用溶劑洗滌寬帶半導體膜電極，除去表面多余的銦離子,吹干；
(3)將吸附了銦離子的寬帶半導體膜電極在硫離子溶液中浸漬30-240秒；
(4)用溶劑洗滌寬帶半導體膜電極，除去表面多余的硫離子,并吹干；
(5)重復步驟(1)至(4)3-15次；
(6)然后將寬帶半導體膜電極在銅離子溶液中浸漬30-240秒；
(7)用溶劑洗滌寬帶半導體膜電極，除去表面多余的銅離子,吹干；
(8)接著將吸附了銅離子的寬帶半導體膜電極在硫離子溶液中浸漬20-240秒；
(9)用溶劑洗滌寬帶半導體膜電極，除去表面多余的硫離子,并吹干；
(10)重復步驟(6)至(9)2-7次；
(11)熱處理：將上述寬帶半導體膜電極在真空條件下硫或者硫化氫氣氛中進行熱處理.
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