[發明專利]一種SnO2基光陽極的表面修飾方法

有效

• 申請號: 201610039591.2
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105609310B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 王金斌;田自然;鐘向麗;肖君林
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種SnO₂基光陽極的表面修飾方法，其應用領域主要在敏化太陽能電池、光解水、光燃料電池等光電化學相關領域。

背景技術

當下環境污染問題嚴重，新能源的開發利用迫在眉睫。近些年來太陽能作為一種清潔能源備受人們關注。敏化太陽能電池、光解水、光燃料電池等光電化學器件是未來太陽能潛在利用的重要方式之一。SnO₂作為一種廉價無毒、原料豐富、化學性質穩定及載流子遷移率高的寬禁帶半導體，使其成為具有巨大潛力的光電化學器件的基體材料。但是納米SnO₂結構表面態密度大，從而導致光生載流子壽命低、易復合，進而導致了器件光能的轉換效率低。

針對上述問題，通常采用TiCl₄水溶液水解對其進行表面鈍化處理，以有效抑制納米SnO₂結構的表面態。其典型的處理過程為：首先，用注射器吸取1ml TiCl₄，將其緩慢注入到約200 g冰水混合物中，并在冰水浴中攪拌數小時，直至得到澄清透明的溶液。然后將SnO₂多孔薄膜浸入該溶液中，70℃保溫30 min后取出干燥燒結。然而TiCl₄為高毒液體，在空氣中或遇水產生有毒的腐蝕性（氯化氫）煙氣，該煙氣具強腐蝕性、強刺激性。在使用過程中不易防護，易對實驗或生產人員身體造成傷害——吸入該煙氣，會引起上呼吸道粘膜強烈刺激癥狀（輕度中毒有喘息性支氣管炎癥狀；嚴重者出現呼吸困難，呼吸脈搏加快，體溫升高，咳嗽，咯痰等，可發展成肺水腫）。除了釋放出腐蝕性的氯化氫之外，TiCl₄極易水解，即使在冰水混合物中溶解TiCl₄也經常會因為TiCl₄的快速水解而得不到澄清的溶液。除此之外，TiCl₄遇水或在潮濕空氣中還會生成鈦氧化物及氯氧化物，粘住使用的注射器，這也增加了配置TiCl₄溶液的困難。并且其水溶液因為TiCl₄的快速水解而無法長時間儲存，只能現配現用。

原子層沉積（ALD）技術也能很好的在納米SnO₂結構表面制備有效的鈍化層，但是原子層沉積（ALD）設備價格昂貴，制備所需成本高。

本發明旨在通過在SnO₂表面沉積一層薄的CrO_x鈍化SnO₂表面降低其表面態密度，從而提高了SnO₂基材料的光電化學器件的性能。其方法特點使用過程中不會產生有毒氣體，操作安全。此外，前驅體溶液配制簡單，且可長時間保存，多次使用，原料廉價，使用成本低。而且，該處理方法操作簡便，易于實施。

發明內容

本發明采用液相法在SnO₂表面沉積一層薄的CrO_x鈍化SnO₂表面，降低其表面態密度，獲得一種經CrO_x鈍化的低表面態密度的SnO₂基光陽極，從而提高了以SnO₂為基體材料的光電化學器件的性能。

本發明一種SnO₂基光陽極的表面修飾方法，包括：

a) 將可溶性含高價鉻的鉻酸或鹽溶解于水中，配制出含高價鉻的鉻酸或鉻酸鹽溶液a；b) 配置一定濃度的非氧化性酸的水溶液b；c) 將親水化處理的SnO_2多孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗；重復步驟3）若干次，煅燒得到經CrO_x表面修飾SnO₂光陽極.

附圖說明：

圖1 實施例1 中制備的SnO₂光陽極平面形貌圖

圖2實施例1的制備的光陽極J-V測試曲線圖

圖3實施例2的制備的光陽極J-V測試曲線圖

圖 4實施例3的制備的光陽極J-V測試曲線圖

具體實施方式：

以下實施旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。

實施例1：