一种太阳光分解水产氢微电子器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种太阳光分解水产氢微电子器件及其制备方法，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，实现无外偏压的串联结构半导体器件用于光解水制氢气，无需额外电源，直接利用太阳光便可实现自发分解水制氢，从而实现氢能的所有来源都是太阳光，且太阳光直接发电稳定、无毒、原料廉价，能够实现氢能制取真正意义上的清洁、低廉、环保、环境友好，并且可再生。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳光分解水产氢微电子器件及其制备方法
本专利技术涉及太阳光分解水领域，具体涉及一种太阳光分解水产氢微电子器件及其制备方法。
技术介绍
随着人类社会的进步与发展，人类对能源的需求也日益迫切。同时，煤炭、石油等不可再生能源在燃烧过程中产生的燃烧产物对环境将产生不可逆转的污染。因此，对于清洁能源的开发显得尤为重要。而氢能作为一种新型，环保可再生的清洁能源以其高含能、绿色环保等优点被认为是新世纪最理想能源之一。目前现有的光水解器件不稳定、成本高，并且对环境容易造成污染。就目前来说，人们所研制的一些太阳光分解水器件大多需要外接电源提供一个外偏压来激发半导体电极裂解水产氢。无法实现真正意义上的无需外加电能的光解水自产氢器件。同时还存在一些材料对可见光利用率低光电转换效率低等缺点，大多数材料仅能吸收紫外光，而紫外光仅在太阳光中占3％。例如以TiO2为阳极材料的光解水器件，由于TiO2的带隙较宽，只能吸收太阳光中的紫外部分，而可见光占太阳光谱能量的43％，因而该种光解水器件对太阳光的响应较差，产氢效率自然也不高。另外，国际上有利用染料敏化半导体制成光解水器件进行太阳光分解水制氢的报道，但染料敏化材料属于有机合成材料，在裂解水时容易表现出不稳定性而被光腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现无外偏压的串联结构半导体器件用于光解水制氢气，无需额外电源，直接利用太阳光便可实现自发分解水制氢，从而实现氢能的所有来源都是太阳光，且太阳光直接发电稳定、无毒、原料廉价，能够实现氢能制取真正意义上的清洁、低廉、环保、环境友好，并且可再生。BiVO4作为一种光阳极吸收材料，其理论带隙约为2.4ev，能吸收大部分的太阳光(其理论最大光产氢效率为9.2％)。同时，BiVO4的导带边位于可逆氢电极附近，当其在获得较低的偏压时便可裂解水产氢。CZTS化合物半导体薄膜太阳光电池作为一种成本低廉、环境友好型新型太阳光电池极具商业化应用潜力。CZTS薄膜太阳电池结构中的吸收层为CZTS(铜锌锡硫，Cu2ZnSnS4)薄膜，其具有光吸收系数高、元素储量丰富、无毒等优点。BiVO4在施加相对于可逆氢电极0.3V的偏压时便可氧化水，这使得它在串联结构光解水器件应用方面极具吸引力，将BiVO4光阳极与CZTS光阴极相结合，可制备成一种无须外接偏压的光解水自产氢器件。因此，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供一种太阳光分解水产氢微电子器件，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，并封装为一个整体。根据本专利技术的另一个方面，提供一种太阳光分解水产氢微电子器件，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，所述CZTS太阳电池与所述BiVO4光阳极封装为一个整体。根据本专利技术的另一个方面，提供一种太阳光分解水产氢微电子器件，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过导线连接组成串联结构。进一步的，还包括有光学分束器装置。进一步的，所述BiVO4光阳极是纳米BiVO4薄膜。根据本专利技术的另一个方面，提供一种太阳光分解水产氢微电子器件的制备方法，包括以下步骤：CZTS太阳电池的制备，其包括，依次采用电沉积法及硫化退火法制备CZTS吸收层；在CZTS吸收层上通过化学水浴沉积法制备CdS缓冲层作为n型导电层；BiVO4光阳极的制备，其包括，采用电沉积法制备BiVO4薄膜的前驱体BiOI，然后将BiOI前驱体转化为BiVO4薄膜洗去所述BiVO4薄膜表面的V2O5，清洗干燥得到BiVO4光阳极；将所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极连接以及Pt片连接形成串联结构的太阳光分解水产氢微电子器件。进一步的，所述的串联结构整个封装为一个整体。进一步的，其特征在于，将所述CZTS太阳电池与所述BiVO4光阳极封装为一个整体。进一步的，在所述CZTS电池和所述BiVO4光阳极之间增加一个光学分束器装置。进一步的，所述BiVO4光阳极是纳米BiVO4薄膜。附图说明根据以下结合附图的详细描述，本专利技术上述和其它目的、特征和优点更加明显。图1是一实施例的太阳光分解水产氢微电子器件结构示意图。图2是另一实施例的太阳光分解水产氢微电子器件结构示意图。图3是另一实施例的太阳光分解水产氢微电子器件结构示意图。图4是另一实施例的太阳光分解水产氢微电子器件结构示意图。具体实施方式下文中，将参照附图来对本专利技术做进一步详细的说明。CZTS太阳电池的制备，其包括，CZTS太阳电池中CZTS吸收层的制备方法：CZTS薄膜通过电沉积随后硫化退火的方法制备。电沉积使用电化学工作站，使用的电极系统为三电极装置分别为Ag/AgCl参比电极、Pt对电极和镀钼玻璃衬底的工作电极。具体包括以下制备步骤：首先进行铜层的沉积，铜层的沉积电位为-0.3V～-0.5V(相对于Ag/AgCl参比电极)，电镀液由0.03mol/L～0.06mol/LCuSO4·5H2O，0.01mol/L～0.03mol/L的柠檬酸和0.03mol/L～0.06mol/L的柠檬酸钠配制而成。接下来进行锡层的沉积，锡层的沉积电位为-0.3V～-0.6V(相对于Ag/AgCl参比电极)，电镀液由0.03mol/L～0.06mol/L甲基磺酸锡(II)，0.5mol/L～1.5mol/L的甲磺酸以及0.5mol/L～1.5mol/L的EmpigenBB洗涤剂(十二-十四烷基二甲基甜菜碱)配制而成。最后进行锌层的制备，锌层的沉积电位为-1.0V～-1.5V(相对于Ag/AgCl参比电极)，电镀液由0.05mol/L～1.00mol/L的ZnSO4·7H2O，0.3mol/L～0.6mol/L的K2SO4配制而成，并用缓冲液将电镀液的PH值调节到2-4。将电沉积后的样品放入真空玻璃管中200℃～400℃下持续加热150分钟～250分钟，随后，在装有5mg～10mg硫元素的硫磺粉末真空玻璃管中保持500℃～700℃硫化9分钟～11分钟。将得到的CZTS薄膜用10％的KCN溶液浸渍1分钟～3分钟以去除表面污物。CZTS太阳电池中CdS缓冲层的制备方法：CZTS吸收层之上还需沉积一层CdS缓冲层作为n型导电层，CdS缓冲层通过化学水浴沉积的方法制备，具体步骤：将上述制备得到的CZTS薄膜浸渍在由10mmol/L～12mmol/LCdSO4，0.20mol/L～0.30mol/LSC(NH2)2和10mol/L～12mol/L的NH4OH配制得到的溶液中50℃～70℃水浴下反应6分钟～9分钟。最终，在CZTS薄膜之上可沉积得到一层CdS缓冲层。BiVO4光阳极中BiVO4薄膜的制备方法：首先用电沉积的方法制备BiVO4薄膜的前驱体BiOI，电沉积装置仍然由三电极系统组成，分别是Ag/AgCl参比电极，Pt对电极以及工作电极。具体步骤如下：将包含了0.0070mol/L～0.0080mol/L的Bi(NO3)3，0.3mol/L～0.5mol/LNaI的100mlPH为1～2的HNO3溶液与用乙醇配制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳光分解水产氢微电子器件，其特征在于，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，并封装为一个整体。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光分解水产氢微电子器件，其特征在于，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，并封装为一个整体。2.一种太阳光分解水产氢微电子器件，其特征在于，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过所述导线连接，所述CZTS太阳电池与所述BiVO4光阳极封装为一个整体。3.一种太阳光分解水产氢微电子器件，其特征在于，其包括CZTS太阳电池、BiVO4光阳极、导线以及Pt片，其中所述CZTS太阳电池、所述BiVO4光阳极及Pt片通过导线连接组成串联结构。4.根据权利要求3所述的器件，其特征在于，还包括有光学分束器装置。5.根据权利要求1-3任一项所述的器件，其特征在于，所述BiVO4光阳极是纳米BiVO4薄膜。6.一种太阳光分解水产氢微电子器件的制备方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：江丰，黄定旺，王康，喻乐，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44