[發(fā)明專利]一種基于n型單晶Si的高效光陰極的設計方法

有效

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• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108597974B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 范榮磊;沈明榮;董雯;黃冠平
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01J1/34
• 分類號: H01J1/34;H01J9/12
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 趙倩

本發(fā)明公開了一種基于n型單晶Si的高效光陰極的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：S1.提供n型單晶Si片，對n型單晶Si片的正反兩面進行制絨，并對制絨面進行清洗；S2.在步驟S1制絨后的n型單晶Si片的正面制作硼摻雜的p⁺發(fā)射極，反面制作磷摻雜的n⁺發(fā)射極，然后刻蝕Si片的邊緣，并進行清洗；S3.在步驟S2中硼摻雜的p⁺發(fā)射極面上依次沉積Al₂O₃和ITO薄膜層；S4.在步驟S2中磷摻雜的n⁺發(fā)射極面上依次沉積Al₂O₃薄膜層、Ti和Pt金屬層。本發(fā)明基于n型單晶Si的高效光陰極的設計方法使得Si光陰極的光電流密度明顯提高，具有較高的光解水效率，同時穩(wěn)定性增強、使用壽命長。

技術領域

本發(fā)明涉及光電化學電池技術領域，特別是涉及一種基于n型單晶Si的高效光陰極的設計方法。

背景技術

隨著全球能源需求的日益增長，可再生能源技術的發(fā)展對于社會經濟發(fā)展的持續(xù)具有重要意義。氫氣也被認為是“零排放”的高效清潔能源，它極具替代傳統(tǒng)化石燃料的潛力。目前，工業(yè)生產的氫氣大部分是通過煤和天然氣等化石燃料的蒸汽重組來實現(xiàn)，生產成本高且生產過程附帶碳排放。而太陽能光電化學(PEC)分解水是一種無碳排放的替代方案，光半導體材料(光陽極)能夠吸收可再生和清潔的太陽能，并將其轉化并儲存到氫氣中。其中，太陽光能-電能轉換效率、長時間穩(wěn)定工作及降低成本是光電化學電池領域中研究的重點。

而Si半導體是重要的電子工業(yè)和光伏材料，由于其低成本、理想的能帶結構、優(yōu)異的光電轉化和電荷傳輸特性，使Si半導體成為極具潛力的光電化學電池制氫的電極材料。光電化學電池中光陰極的材料一般是選用p型Si片，為了提高光解水的開啟電壓，提出在p型Si表面制備一層n+層，但是會增加表面載流子的俄歇復合，使得光電子流受到限制。而且，Si光陰極在光分解水過程中，表面容易生成電絕緣性的氧化層，而為了提高Si光陰極的穩(wěn)定性和光分解水的反應動力學，Si表面通常需要制備一層鈍化保護層和負載適量的催化劑。但是，表面的保護層和催化劑會吸收部分太陽光，使得Si光陰極吸收的太陽光變少，不利于Si光陰極光電轉換效率的提高。因此，針對上述問題，有必要提出一種新的基于n型單晶Si的高效光陰極的制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于n型單晶Si的高效光陰極的制備方法，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，能有效的提高Si光陰極的光電轉換效率和光電流密度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種基于n型單晶Si的高效光陰極的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.提供n型單晶Si片，對n型單晶Si片的正反兩面進行制絨，并對制絨面進行清洗；

S2.在步驟S1制絨后的n型單晶Si片的正面制作硼摻雜的p⁺發(fā)射極，反面制作磷摻雜的n⁺發(fā)射極，然后刻蝕Si片的邊緣，并進行清洗；

S3.在步驟S2中硼摻雜的p⁺發(fā)射極面上依次沉積Al₂O₃和ITO薄膜層；

S4.在步驟S2中磷摻雜的n⁺發(fā)射極面上依次沉積Al₂O₃薄膜層、Ti和Pt金屬層。

優(yōu)選的，步驟S1中，采用氫氧化鉀溶液對所述n型單晶Si片的正反兩面進行制絨。

優(yōu)選的，所述氫氧化鉀的質量百分濃度為2％，制絨過程中反應溫度為80℃，反應時間為30min。