三元复合硅基光电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三元复合硅基光电极及其制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、提供一硅片，刻蚀在硅片表面形成纳米结构；S2、采用滴液法将量子点二硫化钼分散液分散到硅片表面，在硅片表面形成量子点二硫化钼；S3、在硅片表面继续沉积活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种，得到三元复合硅基光电极。本发明专利技术采用两步法分别沉积量子点二硫化钼与活性薄膜层，能够将开路电压由0V以下提高到0.4V以上，量子点二硫化钼可以促进光生载流子分离而又不影响光吸收，活性薄膜层则能够降低硅片/溶液界面的阻抗，进一步提高光电化学转换性能。

Three element composite silicon based photoelectrode and its preparation method

The invention discloses a three element composite silicon based optical electrode and a preparation method. The method comprises the following steps: S1, providing a silicon chip, etching the nano structure on the surface of the silicon wafer, and dispersing the quantum dot molybdenum disulfide dispersion to the surface of the silicon wafer by the drop liquid method, and forming a quantum dot molybdenum disulfide on the surface of the silicon chip; S3, The active film layer is deposited on the surface of the silicon wafer. The active film layer includes one or more of the cobalt, nickel, cobalt compound and nickel compound, and the three element composite silicon based optical electrode is obtained. The invention uses the two step method to separate the quantum dots molybdenum disulfide and the active film layer respectively, which can increase the open circuit voltage from below 0V to more than 0.4V. The quantum dots molybdenum disulfide can promote the separation of light carrier and do not affect the light absorption. The active film layer can reduce the impedance of the silicon chip / solution interface and further improve the photochemistry. Learning conversion performance.

【技术实现步骤摘要】
三元复合硅基光电极及其制备方法
本专利技术涉及光电化学
，特别是涉及一种高性能光分解水产氢的三元复合硅基光电极及其制备方法。
技术介绍
光分解水产氢是一种很有潜力解决能源问题的方法，能将光能转换为便于收集、使用且同样清洁的氢能。硅除了是一种重要的光伏材料，由于其导带位置要比H+/H2氧化还原电位更负，被认为是可以光分解水产氢，是光电化学领域中一种非常具有应用前景的光阴极材料。但目前硅作为光阴极材料，其光电化学性能还面临着多方面挑战。例如，在硅与溶液接触面处有近25％的入射光会被反射，光生载流子的复合几率还比较高。纳米结构的硅片表面有利于增强光吸收从而能提高光能到氢能转换效率，但硅片表面的纳米结构层会引起表面缺陷，进而有可能产生较高的光生载流子表面复合，导致低于理论值的转换效率。此外为了克服光生载流子复合的问题，通常采用Pt作为硅片的产氢催化剂，但因Pt的稀缺性导致生产成本过高而难以大规模应用。因此，针对上述技术问题，设计一种高效稳定且廉价的纳米结构硅基光电极至关重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三元复合硅基光电极及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：一种三元复合硅基光电极，所述三元复合硅基光电极包括具有纳米结构的硅片、呈点状沉积于硅片上的量子点二硫化钼、及沉积于硅片及量子点二硫化钼上的活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种。作为本专利技术的进一步改进，所述量子点二硫化钼的尺寸小于或等于5nm，量子点二硫化钼在硅片上单位面积上的质量为20/9*10-4mg/cm2～400/9*10-4mg/cm2。作为本专利技术的进一步改进，所述活性薄膜层的厚度范围为4nm～20nm。本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种三元复合硅基光电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、提供一硅片，刻蚀在硅片表面形成纳米结构；S2、采用滴液法将量子点二硫化钼分散液分散到硅片表面，在硅片表面形成量子点二硫化钼；S3、在硅片表面继续沉积活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种，得到三元复合硅基光电极。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2中量子点二硫化钼分散液的制备方法包括：将二硫化钼稀释于乙醇和水中，通过超声波技术处理分散二硫化钼，得到二硫化钼分散液；离心分离得到量子点二硫化钼，并蒸干得到固态的量子点二硫化钼。将固态的量子点二硫化钼重新分散，得到量子点二硫化钼分散液。作为本专利技术的进一步改进，所述量子点二硫化钼分散液的质量浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，滴液法提取量子点二硫化钼分散液的体积为5μL～20μL。作为本专利技术的进一步改进，所述量子点二硫化钼的尺寸小于或等于5nm，量子点二硫化钼在硅片上单位面积上的质量为20/9*10-4mg/cm2～400/9*10-4mg/cm2。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3具体为：将硅片放入0.01mol/L～1mol/L的钴盐和/或镍盐溶液中电沉积，相对于Ag/AgCl的电沉积偏压为-2V～-1V，在硅片表面沉积活性薄膜层。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中电沉积的沉积电荷量为5mC～50mC，沉积的活性薄膜层的厚度范围为4nm～20nm。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2和/或S3之前还包括：将硅片放入酸溶液中去除硅片表面的二氧化硅。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用两步法分别沉积量子点二硫化钼与活性薄膜层，工艺简单，成本较低，便于大规模使用；两步沉积得到的三元复合硅基光电极能够将开路电压由0V以下提高到0.4V以上，量子点二硫化钼可以促进光生载流子分离而又不影响光吸收，活性薄膜层则能够降低硅片/溶液界面的阻抗，进一步提高光电化学转换性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中三元复合硅基光电极的制备方法流程图；图2a、2b分别为本专利技术实施例1中第8步沉积后硅片表面的平面形貌图和局部放大形貌图；图3为本专利技术中不同量子点二硫化钼的电流-电压曲线图；图4为本专利技术中不同沉积电荷量的电流-电压曲线图；图5为本专利技术中不同三元复合硅基光电极的电流-电压斩光曲线图；图6为本专利技术中不同三元复合硅基光电极的交流阻抗曲线图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种三元复合硅基光电极，三元复合硅基光电极包括具有纳米结构的硅片、呈点状沉积于硅片上的量子点二硫化钼、及沉积于硅片及量子点二硫化钼上的活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种。参图1所示，本专利技术还公开了一种三元复合硅基光电极的制备方法，包括以下步骤：S1、提供一硅片，刻蚀在硅片表面形成纳米结构；S2、采用滴液法将量子点二硫化钼分散液分散到硅片表面，在硅片表面形成量子点二硫化钼；S3、在硅片表面继续沉积活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种，得到三元复合硅基光电极。优选地，步骤S2中量子点二硫化钼分散液的制备方法包括：将二硫化钼稀释于乙醇和水中，通过超声波技术处理分散二硫化钼，得到二硫化钼分散液；离心分离得到量子点二硫化钼，并蒸干得到固态的量子点二硫化钼。将固态的量子点二硫化钼重新分散，得到量子点二硫化钼分散液。进一步地，量子点二硫化钼分散液的质量浓度为0.01mg/mL～1mg/mL，滴液法提取量子点二硫化钼分散液的体积为5μL～20μL。其中，本专利技术中量子点二硫化钼的尺寸小于或等于5nm，量子点二硫化钼在硅片上单位面积上的质量为20/9*10-4mg/cm2～400/9*10-4mg/cm2。优选地，步骤S3具体为：将硅片放入0.01mol/L～1mol/L的钴盐和/或镍盐溶液中电沉积，相对于Ag/AgCl的电沉积偏压为-2V～-1V，在硅片表面沉积活性薄膜层，其中，Ag/AgCl为电沉积用的电极。进一步地，步骤S3中电沉积的沉积电荷量为5mC～50mC，沉积的活性薄膜层的厚度范围为4nm～20nm。另外，步骤S2沉积量子点二硫化钼、以及S3沉积活性薄膜层之前还包括：将硅片放入酸溶液中去除硅片表面的二氧化硅，以去除在各步骤中可能在硅片表面产生的二氧化硅薄层。本专利技术的三元复合硅基光电极，通过将硅片表面刻蚀形成纳米结构，然后采用两步法沉积催化剂。量子点二硫化钼作为第一层催化剂因为其低于5nm的尺寸，既能够较大程度提高效率又不会作为影响光吸收的因素；其次沉积一层像钴、镍或其化合物作为催化剂。通过控制其两次沉积的参数，能够把开路电压由0V以下提高到0.4V以上。以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：本实施例中采用已经刻蚀出纳米结构的单晶黑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三元复合硅基光电极，其特征在于，所述三元复合硅基光电极包括具有纳米结构的硅片、呈点状沉积于硅片上的量子点二硫化钼、及沉积于硅片及量子点二硫化钼上的活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种三元复合硅基光电极，其特征在于，所述三元复合硅基光电极包括具有纳米结构的硅片、呈点状沉积于硅片上的量子点二硫化钼、及沉积于硅片及量子点二硫化钼上的活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的三元复合硅基光电极，其特征在于，所述量子点二硫化钼的尺寸小于或等于5nm，量子点二硫化钼在硅片上单位面积上的质量为20/9*10-4mg/cm2～400/9*10-4mg/cm2。3.根据权利要求1所述的三元复合硅基光电极，其特征在于，所述活性薄膜层的厚度范围为4nm～20nm。4.一种三元复合硅基光电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、提供一硅片，刻蚀在硅片表面形成纳米结构；S2、采用滴液法将量子点二硫化钼分散液分散到硅片表面，在硅片表面形成量子点二硫化钼；S3、在硅片表面继续沉积活性薄膜层，活性薄膜层包括钴、镍、钴化合物、镍化合物中的一种或多种，得到三元复合硅基光电极。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中量子点二硫化钼分散液的制备方法包括：将二硫化钼稀释于乙醇和水中，通过超声波技术处理分散二...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，蔡卫东，苏晓东，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32