[發明專利]一種穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件、電極系統及其制備方法

有效

• 申請號: 201810643732.0
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108922927B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 江豐;王康;黃定旺;喻樂
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件，其特征在于，所述太陽光分解水產氫電子器件包括依次層疊的襯底、背電極、CZTS吸收層、緩沖層、寬帶隙半導體保護層以及納米金屬顆粒層，其中，所述緩沖層為CdS緩沖層，所述寬帶隙半導體保護層為ZnS層、HfO₂層或HfO₂/ZnS復合層，所述ZnS層采用化學水浴法制備獲得：配制包含C₆H₅O₇Na₃、ZnSO₄·7H₂O、CS(NH₂)₂的水溶液，其濃度分別為25mmol/L、4mmol/L、20mol/L，加熱其水溶液至50～80℃，將已經沉積了CdS/CZTS薄膜的襯底放入其水溶液30-90min即可。

2.根據權利要求1的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件，其特征在于，所述緩沖層的厚度為30-150nm。

3.根據權利要求1的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件，其特征在于，所述寬帶隙半導體保護層的厚度為0.01-100微米。

4.根據權利要求1的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件，其特征在于，所述襯底為鈉鈣玻璃襯底，所述背電極為Mo、FTO、ITO或AZO。

5.根據權利要求1的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件，其特征在于，所述納米金屬顆粒層的材料為Pt或Au。

6.一種電極系統，其特征在于，所述電極系統采用權利要求1至5之一的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件作為工作電極，所述電極系統還包括Ag/AgCl參比電極、Pt對電極。

7.一種穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

在襯底上沉積背電極層；

在所述背電極層上制備CZTS吸收層；

在所述CZTS吸收層上沉積CdS緩沖層；

在所述CdS緩沖層上制備寬帶隙半導體保護層；

在所述寬帶隙半導體保護層上沉積納米金屬顆粒層；

其中，所述寬帶隙半導體保護層為ZnS層、HfO₂層或HfO₂/ZnS復合層，采用化學水浴法制備所述ZnS層：配制包含C₆H₅O₇Na₃、ZnSO₄·7H₂O、CS(NH₂)₂的水溶液，其濃度分別為25mmol/L、4mmol/L、20mol/L，加熱其水溶液至50～80℃，將已經沉積了CdS/CZTS薄膜的襯底放入其水溶液30-90min即可。

8.根據權利要求7的所述穩定的化合物半導體太陽光分解水產氫電子器件的制備方法，其特征在于，所述CZTS吸收層采用噴霧熱解隨后硫化退火的方法制備獲得，其具體包括，配置包含Cu(NO₃)₂、[Zn(NO₃)₂]、Sn(CH₃SO₃)₂的水溶液，其濃度分別為5-20mmol/L、2-10mmol/L、16-35mmol/L，調節其水溶液的PH為1-6，隨后采用噴霧法將所述水溶液噴至已加熱的背電極層上，最后在真空條件下以300-700℃硫化5分鐘～2小時。