【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料，尤其涉及一种硅基光电极及其制备方法和应用。
技术介绍
1、化石燃料的大规模使用不可避免地造成了传统能源稀缺和环境污染的问题，这也导致了人们对新型、环保、可持续能源的需求持续上升。氢气具有无污染、可再生、比能量密度大等优点，因而被视为众多新型能源中的一颗新星。其中，通过太阳能和风能等绿色可持续能源制取的氢称为绿氢，绿氢的发展对于缓解能源短缺和环境污染具有重要意义。
2、光电化学(pec)水分解作为绿氢制取的手段之一，已经成为一个热门的研究方向。但目前所研究的光电化学(pec)水分解材料具有成本高、产量低的缺点，并不符合大规模工业制氢的要求。沉积技术是指将先进的材料沉积在底材表面的一种材料制备技术，根据沉积方式不同，目前的沉积技术可以分为化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶液法、电沉积法、磁控溅射法等几种，利用沉积技术有望制备性能良好的光电化学水分解材料。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种硅基光电极的制备方法，该方法利用硅片作为光吸收基底材料，通过简单的沉积手段作为光电极的制备方法，能够极大地降低整体电极材料的制造和使用成本。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种上述制备方法制得的硅基光电极。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种上述硅基光电极在水分解制氢中的应用。
4、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
5、本专利技术的第一方面提供了一种硅
6、将硅片进行沉积，得到所述硅基光电极；所述硅片包括n型硅片、p型硅片或pn型硅片中的至少一种。
7、在本专利技术的具体实施方式中，所述硅片选自工业硅片。
8、工业硅片是指工业化大规模生产的未抛光的低价硅片。本专利技术使用工业硅片是为了大幅降低硅基光电极制备的成本，如将工业硅片更换为市场发售的精抛硅片，亦可以实现类似的光电化学水分解性能。
9、在本专利技术的具体实施方式中，所述沉积的方式包括电沉积、光电沉积或其组合。
10、优选地，所述硅基光电极的制备方法中，所述沉积的沉积液包括金属盐和硼酸。
11、本专利技术采用硼酸能够调节沉积液的ph值。硼酸是一种弱酸，通常，按照实验方法所述配比所得的电沉积溶液ph值控制在4左右，该酸碱度条件下，一般金属通常可以以单质态存在。如果ph值过低，会导致金属与氢离子直接发生反应产生氢气，金属将溶解在溶液中；如果ph值过高，会使金属以氧化物或氢氧化物的形式存在。在电沉积或光电沉积中，以上两者情况都不利于金属在硅片表面沉积。
12、在本专利技术的具体实施方式中，所述沉积的沉积液由金属盐和硼酸制得。
13、优选地，所述金属盐包括钴盐、镍盐或铁盐中的至少一种；进一步优选地，所述金属盐选自钴盐或镍盐。
14、优选地，所述金属盐与硼酸的摩尔比为1：(0.5～1.5)；进一步优选为1：(0.8～1.2)。
15、优选地，当所述硅片为n型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阳极；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阴极。
16、当所述硅片为n型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阳极，是因为n型硅片与金属接触形成的内建电场适用于阳极的氧化反应，具体原因为，n型硅片中的电子费米能级接近于导带，当其与金属接触后，由于金属中电子的能量低于n型硅片中的电子能量，n型硅片中的电子会自发向能量较低的金属中移动，从而形成肖特基接触。该肖特基接触产生的能量势垒有利于空穴的传输，从而促进光阳极处水分解析氧反应的进行。并且，这一能量势垒和最终的光电压有直接的联系。
17、当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阴极，是因为p型硅片或pn型硅片与金属接触形成的内建电场适用于阴极的还原反应，具体原因为，pn型硅片中的pn结会形成一个内建电场，其有利于电子由p型硅向n型硅传输，表面的金属及其氧化物会加速反应的进行，从而促进光阴极处水分解析氢反应的进行。
18、在本专利技术的具体实施方式中，n型硅片的主要掺杂元素为磷(p)；p型硅片的主要掺杂元素为硼(b)；pn型硅片的p型面的主要掺杂元素为硼(b)，n型面的主要掺杂元素为磷(p)。
19、优选地，当所述硅片为n型硅片时，采用的沉积方式为电沉积；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，采用的沉积方式为光电沉积。
20、本专利技术中，利用光电沉积来进行光阴极的制备，能够在光阴极的制备过程中提供更好的电子传输性能，使得表面金属沉积更加容易。其主要原理是，当光照射在光阴极表面时，硅会吸收光子能量进而激发出空穴-电子对，该pn型硅的内建电场能够有效分离电子和空穴，并且促使电子向硅片-溶液表面移动，使其接触面上拥有一定的还原电势，这能够在沉积时提供更好的还原条件。相比于仅用电沉积法制备的光阴极，采用光电沉积能够在硅片表面沉积更多的金属，更有利于水分解。
21、而对于光阳极的制备来说，由于n型硅片中具有较多的自由电子，因此，不需要通过光激发产生更多的空穴电子对来提供导电性。同时，由于光阳极n型硅-溶液面结构的接触面具有一个氧化电势，并不有利于金属的还原沉积，反而会抑制表面沉积反应的发生。因此，光电沉积法对于光阳极的性能没有提升作用，在光阳极的制备中，不需要也不适合采用光电沉积法。
22、优选地，所述电沉积的电流密度为-4～-0.5ma·cm-2；进一步优选为-3～-1ma·cm-2；更进一步优选为-2.5～-1.5ma·cm-2。
23、优选地，所述电沉积的时间为1～40s；进一步优选为3～30s；更进一步优选为5～25s。
24、优选地，所述光电沉积的光源能量密度为80～120mw·cm-2；进一步优选为85～115mw·cm-2；更进一步优选为90～110mw·cm-2。
25、优选地，所述光电沉积的电流密度为-4～-0.5ma·cm-2；进一步优选为-3～-1ma·cm-2；更进一步优选为-2.5～-1.5ma·cm-2。
26、优选地，所述光电沉积的时间为1～10s；进一步优选为2～8s；更进一步优选为3～5s。
27、优选地，当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，还进行了二次光电沉积。
28、优选地，所述二次光电沉积的沉积液包括铂盐；进一步优选地，所述铂盐选自氯铂酸盐；更进一步优选地，所述氯铂酸盐包括氯铂酸钾、氯铂酸钠或氯铂酸胺中的至少一种。
29、在本专利技术的具体实施方式中，所述二次光电沉积的沉积液由铂盐和水制得。
30、优选地，所述二次光电沉积的沉积液中，铂盐的浓度为0.01～0.05mol/l；进一步优选为0.015～0.03mol/l。
31、优选地，所述二次光电沉积的光源能量密度为80～120mw·cm-2；进一步优选为85～115mw·cm-2；更进一步优本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅基光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积的沉积液包括金属盐和硼酸；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐与硼酸的摩尔比为1：(0.5～1.5)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述硅片为n型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阳极；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阴极。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述硅片为n型硅片时，采用的沉积方式为电沉积；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，采用的沉积方式为光电沉积。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积的电流密度为-4～-0.5mA·cm-2；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光电沉积的光源能量密度为80～120mW·cm-2；所述光电沉积的电流密度为-4～-0.5mA·cm-2；所述光电沉积的时间为1～10s。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述硅片
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的硅基光电极。
10.权利要求9所述的硅基光电极在水分解制氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基光电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积的沉积液包括金属盐和硼酸；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐与硼酸的摩尔比为1：(0.5～1.5)。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述硅片为n型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阳极；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，得到的硅基光电极为硅基光阴极。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述硅片为n型硅片时，采用的沉积方式为电沉积；当所述硅片为p型硅片或pn型硅片时，采用的沉积方式为光电沉积...
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