基光陽(yáng)極的表面修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種SnO2基光陽(yáng)極的表面修飾方法，其應(yīng)用領(lǐng)域主要在敏化太陽(yáng)能電池、光解水、光燃料電池等光電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)下環(huán)境污染問題嚴(yán)重，新能源的開發(fā)利用迫在眉睫。近些年來太陽(yáng)能作為一種清潔能源備受人們關(guān)注。敏化太陽(yáng)能電池、光解水、光燃料電池等光電化學(xué)器件是未來太陽(yáng)能潛在利用的重要方式之一。SnO2作為一種廉價(jià)無(wú)毒、原料豐富、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及載流子迀移率高的寬禁帶半導(dǎo)體，使其成為具有巨大潛力的光電化學(xué)器件的基體材料。但是納米SnO2結(jié)構(gòu)表面態(tài)密度大，從而導(dǎo)致光生載流子壽命低、易復(fù)合，進(jìn)而導(dǎo)致了器件光能的轉(zhuǎn)換效率低。
[0003]針對(duì)上述問題，通常采用TiCl4水溶液水解對(duì)其進(jìn)行表面鈍化處理，以有效抑制納米SnO2結(jié)構(gòu)的表面態(tài)。其典型的處理過程為:首先，用注射器吸取Iml TiCl4,將其緩慢注入到約200 g冰水混合物中，并在冰水浴中攪拌數(shù)小時(shí)，直至得到澄清透明的溶液。然后將SnO2多孔薄膜浸入該溶液中，70°C保溫30 min后取出干燥燒結(jié)。然而TiCl4為高毒液體，在空氣中或遇水產(chǎn)生有毒的腐蝕性(氯化氫)煙氣，該煙氣具強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性。在使用過程中不易防護(hù)，易對(duì)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)人員身體造成傷害一一吸入該煙氣，會(huì)引起上呼吸道粘膜強(qiáng)烈刺激癥狀(輕度中毒有喘息性支氣管炎癥狀;嚴(yán)重者出現(xiàn)呼吸困難，呼吸脈搏加快，體溫升高，咳嗽，咯痰等，可發(fā)展成肺水腫)。除了釋放出腐蝕性的氯化氫之外，TiCl4極易水解，SP使在冰水混合物中溶解TiCl4也經(jīng)常會(huì)因?yàn)門iCl4的快速水解而得不到澄清的溶液。除此之外，TiCl4遇水或在潮濕空氣中還會(huì)生成鈦氧化物及氯氧化物，粘住使用的注射器，這也增加了配置TiCl4溶液的困難。并且其水溶液因?yàn)門iCl4的快速水解而無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，只能現(xiàn)配現(xiàn)用。
[0004]原子層沉積(ALD)技術(shù)也能很好的在納米Sn02結(jié)構(gòu)表面制備有效的鈍化層，但是原子層沉積(ALD)設(shè)備價(jià)格昂貴，制備所需成本高。
[0005]本發(fā)明旨在通過在SnO2表面沉積一層薄的CrOx鈍化SnO2表面降低其表面態(tài)密度，從而提高了SnO2基材料的光電化學(xué)器件的性能。其方法特點(diǎn)使用過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，操作安全。此外，前驅(qū)體溶液配制簡(jiǎn)單，且可長(zhǎng)時(shí)間保存，多次使用，原料廉價(jià)，使用成本低。而且，該處理方法操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明采用液相法在SnO2表面沉積一層薄的CrOx鈍化SnO2表面，降低其表面態(tài)密度，獲得一種經(jīng)CrOx鈍化的低表面態(tài)密度的SnO2基光陽(yáng)極，從而提高了以SnO2為基體材料的光電化學(xué)器件的性能。
[0007]本發(fā)明一種SnO2基光陽(yáng)極的表面修飾方法，包括:
a)將可溶性含高價(jià)鉻的鉻酸或鹽溶解于水中，配制出含高價(jià)鉻的鉻酸或鉻酸鹽溶液a;b)配置一定濃度的非氧化性酸的水溶液b;c)將親水化處理的SnO2多孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時(shí)間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗;重復(fù)步驟3)若干次，煅燒得到經(jīng)CrOx表面修飾SnO2光陽(yáng)極.【附圖說明】:
圖1實(shí)施例1中制備的SnO2光陽(yáng)極平面形貌圖圖2實(shí)施例1的制備的光陽(yáng)極J-V測(cè)試曲線圖圖3實(shí)施例2的制備的光陽(yáng)極J-V測(cè)試曲線圖圖4實(shí)施例3的制備的光陽(yáng)極J-V測(cè)試曲線圖【具體實(shí)施方式】:
以下實(shí)施旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
[0008]實(shí)施例1:
(I)將SnO2多孔薄膜浸入到體積比為1:1的濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)與過氧化氫水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)的混合溶液中，5 min后取出并用去離子水沖洗，得到表面親水化處理的SnO2多孔薄膜。
[0009](2) CrOx修飾層的制備
a)將Ig CrO3溶解在100 ml二次去離子水中，得到溶液a;b)配置0.2 mol/L的乙酸的水溶液b;c)將親水化處理的SnO2多孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時(shí)間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗;重復(fù)步驟c)三次，550 V煅燒得到經(jīng)CrOx表面修飾SnO2光陽(yáng)極。
[0010](3)采用連續(xù)離子吸附反應(yīng)法在上述光陽(yáng)極上沉積CdS量子點(diǎn)(反應(yīng)前驅(qū)體溶液為
0.05mol/L的Cd(NO3)2水溶液與Na2S.9H20水溶液;反應(yīng)循環(huán)次數(shù)為15次)。并與多硫電解質(zhì)與CuxS對(duì)電極組裝成簡(jiǎn)易的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，并在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽(yáng)光先進(jìn)行J-V測(cè)試。
[0011]實(shí)施例2:
(I)將SnO2多孔薄膜浸入到體積比為1:1的濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)與過氧化氫水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)的混合溶液中，5 min后取出并用去離子水沖洗，得到表面親水化處理的SnO2多孔薄膜。
[0012](2) CrOx修飾層的制備
a)將2g Na2Cr2O7溶解在100 ml二次去離子水中，得到溶液a;b)配置0.1 mol/L的HCl水溶液b;c)將親水化處理的SnO2多孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時(shí)間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗;重復(fù)步驟c)兩次，500 0C煅燒30 min得到經(jīng)CrOx表面修飾SnO2光陽(yáng)極。
[0013](3)采用連續(xù)離子吸附反應(yīng)法在上述光陽(yáng)極上沉積CdS量子點(diǎn)(反應(yīng)前驅(qū)體溶液為
0.05mol/L的Cd(NO3)2水溶液與Na2S.9H20水溶液;反應(yīng)循環(huán)次數(shù)為15次)，并與多硫電解質(zhì)與CuxS對(duì)電極組裝成簡(jiǎn)易的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，并在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽(yáng)光先進(jìn)行J-V測(cè)試。
[0014]實(shí)施例3:
(I)將SnO2多孔薄膜浸入到體積比為1:1的濃氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%)與過氧化氫水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%)的混合溶液中，5 min后取出并用去離子水沖洗，得到表面親水化處理的SnO2多孔薄膜。
[0015](2) CrOx修飾層的制備
a)將4 g K2Cr2O7溶解在100 ml二次去離子水中，得到溶液a;b)配置0.2 mol/L的HCl水溶液b;c)將親水化處理的SnO2多孔薄膜浸泡在溶液a中，2 min后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗;重復(fù)步驟c)4次，5000C煅燒30 min得到經(jīng)CrOx表面修飾SnO2光陽(yáng)極。
[0016](3)采用連續(xù)離子吸附反應(yīng)法在上述光陽(yáng)極上沉積CdS量子點(diǎn)(反應(yīng)前驅(qū)體溶液為
0.05mol/L的Cd(NO3)2水溶液與Na2S.9H20水溶液;反應(yīng)循環(huán)次數(shù)為15次)。并與多硫電解質(zhì)與CuxS對(duì)電極組裝成簡(jiǎn)易的量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，并在標(biāo)準(zhǔn)模擬太陽(yáng)光先進(jìn)行J-V測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Sn02基光陽(yáng)極的表面修飾方法，其特征是: 1)將可溶性含高價(jià)鉻的鉻酸或鹽溶解于水中，配制出含高價(jià)鉻的鉻酸或鉻酸鹽溶液a； 2)配置一定濃度的非氧化性酸的水溶液b； 3)將表面親水化處理的SnO2介孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時(shí)間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，并在一定溫度下烘干； 4 )重復(fù)步驟3 )若干次，干燥并煅燒，得到經(jīng)CrOx表面包覆的SnO2基光陽(yáng)極。2.權(quán)利要求1中所選的鉻源選自三氧化鉻(CrO3)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)及重鉻酸銨((NH4)2Cr2O7)中的一種或其中幾種的組合。3.權(quán)利要求1中所選的非氧化性酸選自鹽酸(HCl)、稀硫酸(H2SO4)、甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)及草酸(乙二酸，H2C2O4)中的一種或其中幾種的組合。4.權(quán)利要求1中所配置的a溶液濃度范圍為Ig/L-飽和溶液。5.權(quán)利要求1中所配置的b溶液濃度范圍為0.1 mo I/L-1 mol/L。6.權(quán)利要求1中循環(huán)(把權(quán)利要求1中步驟3)進(jìn)行I次，記為I個(gè)循環(huán))次數(shù)為1-5次。7.權(quán)利要求1中a、b溶液中分別浸泡時(shí)間為1-5min。8.權(quán)利要求1中所選的煅燒溫度范圍為500-5500C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SnO2基光陽(yáng)極的表面修飾方法，屬于光電化學(xué)領(lǐng)域。其實(shí)施步驟為：1)將可溶性含高價(jià)鉻的鉻酸或鹽溶解于水中，配制出含高價(jià)鉻的鉻酸或鉻酸鹽溶液a；2)配置一定濃度的非氧化性酸的水溶液b；3)將表面親水化處理的SnO2介孔薄膜浸泡在溶液a中，一定時(shí)間后取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，然后浸泡在溶液b中一段時(shí)間，取出浸泡在去離子水中或用去離子水沖洗，并在一定溫度下烘干；4）重復(fù)步驟3）若干次，干燥并煅燒，得到經(jīng)CrO<i>x</i>表面修飾的SnO2基光陽(yáng)極。經(jīng)本發(fā)明所公開方法制備的SnO2基光陽(yáng)極效果改善明顯，且本發(fā)明所述的方法操作簡(jiǎn)單易于實(shí)施。
【IPC分類】H01G9/04, H01G9/20
【公開號(hào)】CN105609310
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610039591
【發(fā)明人】王金斌, 田自然, 鐘向麗, 肖君林
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日