光电极、光电解水装置和使用其的能量系统以及光电解水的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光电极、光电解水装置和使用其的能量系统以及光电解水的方法，所述光电极包括按照层叠方向依次叠置且接触的催化剂层、调节层和电子传输层；其中，所述催化剂层含有还原性催化剂，所述调节层的材料具有如下表面功函数特征：将所述调节层含有的材料独立存在时的表面功函数记为将所述还原性催化剂独立存在时的表面功函数记为将所述电子传输层含有的材料独立存在时的表面功函数记为其中，本发明专利技术的光电极可以有效地降低光生电荷从电子传输层到催化剂的传输电阻，防止传输势垒的形成，从而提高电荷从光吸收层到催化剂的传输效率和光电极整体的能量转化效率。极整体的能量转化效率。极整体的能量转化效率。

【技术实现步骤摘要】
光电极、光电解水装置和使用其的能量系统以及光电解水的方法


[0001]本专利技术涉及新能源领域，具体地，涉及一种光电极、光电解水装置和使用其的能量系统以及光电解水的方法。

技术介绍

[0002]随着煤炭、石油等化石能源的不断消耗，世界能源危机与环境污染日趋严峻。大力发展清洁能源是实现人类可持续发展的必经之路。氢气是重要的清洁能源，以氢能为核心的能源生产、储存与利用系统被认为是替代当前基于化石燃料的能源体系的理想方式。电解水制氢技术，因其原理简单、所得氢气纯度高、生产过程清洁无污染等优点，受到了广泛的研究与应用关注。光电解水制氢技术可利用光能降低电解水制氢能耗，可在不消耗额外电能情况下将光能直接转化为氢化学能。光电解水装置一般包含一个或两个光电极，光电极承担两个核心功能：一是吸收太阳光产生光生电荷(包括光生电子和空穴)；二是利用产生的光生电子和空穴分别催化还原和氧化反应的进行。因此，光电极通常包含光响应组分和反应催化组分。光吸收效率(η
abs
)、光生载流子的分离传输效率(η
charge
)和电催化效率(即法拉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电极，所述光电极包括按照层叠方向依次叠置且接触的催化剂层(3)、调节层(8)和电子传输层(2)；其中，所述催化剂层(3)含有还原性催化剂，所述调节层(8)的材料具有如下表面功函数特征：将所述调节层(8)含有的材料独立存在时的表面功函数记为将所述还原性催化剂独立存在时的表面功函数记为将所述电子传输层(2)含有的材料独立存在时的表面功函数记为其中，2.根据权利要求1所述的光电极，其中，所述调节层(8)包括1
‑
2个调节子层，每个所述子层的厚度为0.2
‑
10nm，所述调节层(8)的总厚度为0.2
‑
12nm。3.根据权利要求1或2所述的光电极，其中，所述电子传输层(2)包括1
‑
3个电子传输子层，所述电子传输层(2)靠近所述调节层(8)一侧的电子传输子层含有的材料独立存在时的表面功函数满足4.根据权利要求1所述的光电极，其中，所述调节层(8)为连续层或非连续层；在垂直于层叠方向的平面上，所述调节层(8)的投影面积占所述电子传输层(2)的投影面积的80％以上。5.根据权利要求1所述的光电极，其中，所述光电极还包括第一钝化层，所述第一钝化层设置于所述调节层(8)和催化剂层(3)之间，所述第一钝化层的厚度为0.1
‑
3nm，所述第一钝化层的材料选自氮化硅、氧化硅和氧化钛中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的光电极，其中，所述调节层(8)的材料选自独立存在时表面功函数小于2eV的绝缘材料、独立存在时表面功函数为2.1
‑
4.3eV的金属材料和独立存在时表面功函数为1.9
‑
4.1eV的半导体材料中的至少一种；优选地，所述绝缘材料为碱金属的氟化物和/或碱土金属的氟化物，更优选为LiF、NaF、CsF、MgF2和CaF2中的一种或几种；优选地，所述金属材料选自碱金属、碱土金属和过渡金属中的一种或几种，更优选为Li、Na、K、Cs、Ca、Mg、Zn、Al、Ag和Nb中的一种或几种；优选地，所述半导体材料选自无机低功函半导体材料和/或有机n型半导体材料，更优选为ErSi
0.2
、ErSi
0.85
、ErSi
1.7
、YbSi2、TbSi
1.7
、SmSi
1.7
、DPPT2
‑
TT、PDBTAZ、TCTA、NPB、m
‑
MTDATA、BDB和Al掺杂的ZnO中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的光电极，其中，所述还原性催化剂在0.5M的H2SO4或1M的KOH中，电流密度为10mA/cm2时过电位小于50mV，且φ3大于4.5eV；优选地，所述还原性催化剂选自Pt、Pd、Ru、Rh、Ni、Co、Pt
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙朱行，吴兆，徐琛，李子峰，解俊杰，刁一凡，刘童，
申请(专利权)人：隆基绿能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：