[發明專利]一種鐵基光電化學薄膜

有效

• 申請號: 201810464512.1
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108559962B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 呂崇新
• 申請（專利權）人: 泉州嘉德利電子材料有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/08;C23C14/58;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種鐵基光電化學薄膜，鐵基光電化學薄膜是由以下方法制備的：提供玻璃基片；對玻璃基片表面進行清洗和粗化處理，得到表面處理的玻璃基片；在表面處理的玻璃基片表面，通過第一磁控濺射，沉積第一Ti層；在第一Ti層上，通過第二磁控濺射，沉積第二Ti層；在第二Ti層上，通過第三磁控濺射，沉積第一Fe層；在第一Fe層上，通過第四磁控濺射，沉積Sb和Bi共摻雜的Fe層；在Sb和Bi共摻雜的Fe層上，通過第五磁控濺射，沉積第二Fe層，得到復合薄膜；對復合薄膜進行氧化熱處理，得到氧化的復合薄膜；以及在氧化的復合薄膜表面，通過第六磁控濺射，沉積TiO₂層。

技術領域

本發明屬于光電化學薄膜技術領域，涉及一種鐵基光電化學薄膜。

背景技術

自第一次工業革命以來，世界對能源的需求快速持續地增長。從1971年到2011年之間，能源供給總量呈不斷上升趨勢，能源供給總量增長了約1.5倍。目前，人類社會的能源供給絕大部分來源于煤炭、石油、天然氣等化石燃料的燃燒。雖然這些年來所占比例略有下降(從1977年的86.6％下降到2011年的81.6％)，但化石能源的消耗仍十分巨大，且下降趨勢不明顯。持續增長的能源需求、化石燃料的不可持續性以及其燃燒生成的CO2、SO2、NO、等副產物所帶來的嚴重的環境問題，激發了人們探索并發展太陽能的強烈需求。

水的分解反應是發展任何人工光合系統的一個重要基礎。這是一個從熟力學動力學角度均較為困難的4電子過程反應，在pH為0的條件下，反應的標準吉布斯自由能為237KJ/mol，相當于一個1.23V的電位其中析氧反應是一個多步驟的復雜反應，包含了許多中間過程，需跨過多個能壘，這就意味著反應的完整發生需要一個明顯的過電位來提供更多的能量，從而制約了水的化學計量比分解與光解水效率的提高。而半導體材料由于其獨特的能帶結構，吸引人們將其作為光催化劑或電極來設計人工光合系統。α-Fe₂O₃(赤鐵礦，Hematite)是一種在地殼豐度很高的鐵礦石，非常容易取得制備。作為一種半導體材料，α-Fe₂O₃的帶寬E_g約為2.2eV，意味著其可以吸收波長小于560nm的可見光波，這個波段的光的能量占太陽地面輻射的40％，同時氧化鐵在中性和堿性環境中都具有比較強的穩定性，并且安全無毒，所以在太陽能光解水方面，它被認為是一種很有潛力的半導體材料。

為了能夠更好的制造鐵基光電化學薄膜，現有技術已經提出了二氧化鈦改性的氧化鐵薄膜，但是這種技術存在以下缺陷：1、膜層結構過于簡單，導致層間應力較大，膜層制備成功率不高，性能較差；2、膜層之間缺乏必要的緩沖層以及阻擋層，導致在使用過程中氧化鐵層的氧元素可能游離到其它層，導致整體結構光電化學性能變差；3、沒有利用到多層結構的耦合，導致光電化學效能較差。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鐵基光電化學薄膜，從而克服現有技術的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種鐵基光電化學薄膜，其特征在于：鐵基光電化學薄膜是由以下方法制備的：提供玻璃基片；對玻璃基片表面進行清洗和粗化處理，得到表面處理的玻璃基片；在表面處理的玻璃基片表面，通過第一磁控濺射，沉積第一Ti層；在第一Ti層上，通過第二磁控濺射，沉積第二Ti層；在第二Ti層上，通過第三磁控濺射，沉積第一Fe層；在第一Fe層上，通過第四磁控濺射，沉積Sb和Bi共摻雜的Fe層；在Sb和Bi共摻雜的Fe層上，通過第五磁控濺射，沉積第二Fe層，得到復合薄膜；對復合薄膜進行氧化熱處理，得到氧化的復合薄膜；以及在氧化的復合薄膜表面，通過第六磁控濺射，沉積TiO₂層。