[發明專利]一種全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系及其應用

有效

• 申請號: 202010084395.3
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111188058B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 張堅;張豆豆
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B1/55;C25B11/059;C25B11/077;C25B11/081;C23C16/50;C23C16/24;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

1.一種全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，該體系包括光陽極、光陰極、電解液、光源、電解池，所述光陽極的結構依次為襯底層、n/i/p結構的單節硅薄膜、氧化物薄膜，所述光陰極的結構依次為襯底層、p/i/n結構的單節硅薄膜、產氫金屬納米顆粒薄膜，所述的電解液為0.5～1.2M的KOH溶液；將所述的光陽極與光陰極采用硅膠封裝出相同面積的電極，插入電解池中，內含有0.5～1.2M的KOH溶液，并且通過外電路導線連通；開啟光源平行照射所述的光陽極和光陰極，此時所述的光陽極和光陰極表面分別發生氧化與還原反應并通過外電路形成回路，從而實現無偏壓光電催化全分解水產氫。

2.根據權利要求1所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，n/i/p結構的單節硅薄膜或p/i/n結構的單節硅薄膜，其中n層厚度為60-80nm，i層厚度300-400nm，p層厚度為20-40nm。

3.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于,所述襯底包括透明導電玻璃或柔性不銹鋼或高分子薄膜。

4.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，所述氧化物包括CoOx、NiOx、RuOx、NiFeOx，其中x為1-2.5。

5.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，所述產氫金屬包括Pt、Ni或其合金或過渡金屬化合物。

6.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，所述的光陽極制備方法如下：1)利用甚高頻等離子氣相沉積設備依次在清洗干凈后襯底上沉積n型硅薄膜、本征硅薄膜和p型硅薄膜，獲得n/i/p結構的單節硅薄膜；其中，在腔室中通入SiH₄和氫氣，在襯底上生成本征硅薄膜；而且通過摻雜磷烷，硼烷氣體，制備n型硅薄膜，p型硅薄膜，2)利用磁控濺射方法制備氧化物薄膜作為產氧催化劑也作為保護層擔載在具有n/i/p結構的硅薄膜表面，形成氧化物/nip光陽極。

7.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，所述的光陰極制備方法如下：1)利用甚高頻等離子氣相沉積設備依次在清洗干凈后襯底上沉積p型硅薄膜、本征硅薄膜和n型硅薄膜，獲得p/i/n結構的單節硅薄膜；其中，在腔室中通入SiH₄和氫氣，在襯底上生成本征硅薄膜；而且通過摻雜磷烷，硼烷氣體，制備n型硅薄膜，p型硅薄膜，2)利用磁控濺射方法制備產氫金屬納米顆粒薄膜作為助催化劑，也作為保護層擔載在具有p/i/n結構的單節硅薄膜表面，形成產氫催化劑/pin光陰極。

8.根據權利要求1或2所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，單節硅薄膜無論光陽極還是光陰極都采用雙節或三節硅薄膜代替。

9.根據權利要求8所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系，其特征在于，雙節硅薄膜為：非晶硅/納晶硅，非晶硅/非晶硅，非晶硅/硅鍺中的任一種；三節硅薄膜為：非晶硅/非晶硅/非晶硅，非晶硅/納晶硅/硅鍺，非晶硅/非晶硅/硅鍺中的任一種。

10.權利要求1-9中任意一項權利要求所述全薄膜硅半導體雙電極無偏壓光電催化全分解水產氫的體系在太陽能制氫中的應用。