[發(fā)明專利]基于TiO2納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611102215.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106653371B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬清;占旭;陳建軍;檀滿林;張維麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳清華大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/00;H01G9/20
• 代理公司: 深圳青年人專利商標(biāo)代理有限公司 44350
• 代理人: 傅俏梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，包括步驟：提供一透明導(dǎo)電基體；在透明導(dǎo)電基體制備鈦合金薄膜；在具有鈦合金薄膜的透明導(dǎo)電基體上制備具有金屬摻雜相的TiO₂納米管陣列薄膜的前驅(qū)體；對(duì)前驅(qū)體進(jìn)行退火晶化，得到具有金屬摻雜相和非金屬摻雜相的TiO₂納米管陣列薄膜；在所述TiO₂納米管陣列薄膜上負(fù)載半導(dǎo)體納米顆粒，得到基于TiO2的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極。本發(fā)明的基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極有效地拓展了TiO₂的吸收帶邊，抑制了光生電子與空穴的復(fù)合，從而使基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極具有明顯增強(qiáng)的可見(jiàn)光響應(yīng)性能以及高效的電子傳輸效率，即具有較高的可見(jiàn)光吸收效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有較高可見(jiàn)光吸收效率的基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極及其制備方法。

背景技術(shù)

作為n型半導(dǎo)體，TiO₂納米管陣列因比表面積大、有序程度高、制備簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在光催化、太陽(yáng)電池、光解水制氫、傳感器等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。

然而，TiO₂的禁帶寬度較寬，約為3.2eV，使得只有小于5％的紫外光區(qū)域的太陽(yáng)通可見(jiàn)光能夠被有效吸收利用，導(dǎo)致TiO₂納米管陣列對(duì)可見(jiàn)光的利用率非常低；而且，在TiO₂的光電化學(xué)應(yīng)用中，光生電子和空穴容易快速?gòu)?fù)合，導(dǎo)致量子效率非常低，上述兩種問(wèn)題嚴(yán)重制約了TiO₂在太陽(yáng)電池技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施方式主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，所述光陽(yáng)極具有較高的可見(jiàn)光吸收和光生載流子傳輸效率。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：

提供一種基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極的制備方法，包括：

S1，提供一透明導(dǎo)電基體；

S2，在所述透明導(dǎo)電基體制備鈦合金薄膜；

S3，在具有所述鈦合金薄膜的透明導(dǎo)電基體上制備具有金屬摻雜相的TiO2納米管陣列薄膜的前驅(qū)體；

S4，對(duì)所述TiO₂納米管陣列薄膜的前驅(qū)體進(jìn)行退火晶化，得到具有金屬摻雜相和非金屬摻雜相的TiO₂納米管陣列薄膜；

S5，在所述具有金屬摻雜相和非金屬摻雜相的TiO₂納米管陣列薄膜上負(fù)載半導(dǎo)體納米顆粒，得到基于TiO₂的納米異質(zhì)結(jié)復(fù)合光陽(yáng)極。

在其中一些實(shí)施方式中，所述鈦合金薄膜包括Ti和均勻固溶于Ti 中的所述金屬摻雜相的金屬元素。

在其中一些實(shí)施方式中，所述鈦合金薄膜為10-300μm。

在其中一些實(shí)施方式中，所述步驟S4中的退火氣氛為氨氣、甲烷、硫化氫或氫氣。

在其中一些實(shí)施方式中，所述步驟S1和S2之間還包括步驟：先在透明導(dǎo)電基體上制備金屬Ti薄膜作為過(guò)渡層。