[发明专利]一种自供能紫外光探测器

说明书

技术领域

本发明涉及光电化学太阳能电池技术领域，尤其涉及一种自供能紫外光探测器。

背景技术

光探测器在工业应用和科学研究方面具有许多重要的应用，包括化学、生物传感、环境监测、遥控技术以及在未来存储和光电子学电路等方面的应用。传统的光探测器是基于光电导现象的，光电导现象是指材料的电导率在光照下发生改变的物理现象。这种探测器由于具有极高的开关比，可室温运行，相对简单廉价的制备过程而引起了人们极大的兴趣，尤其是最近发展起来的基于一维纳米材料的光电导的光探测器被认为是当前商用光探测器的有效替代产品。但是这种基于光电导的光探测器具有以下缺点：⑴基于半导体Si的光探测器由于带隙为1.1 eV，在紫外光的照射下会发生严重的光腐蚀，导致其探测灵敏度会随着使用时间而减小；⑵基于宽带隙半导体的光探测器解决了光腐蚀的问题，但是由于带隙较大导致探测灵敏度过低，需要高昂精密的探测仪器才能进行准确的定量探测；⑶基于光电导的探测器由于表面态的影响会在材料表面生成一个载流子耗尽层，该耗尽层导致探测器的恢复时间大于1 s；⑷基于光电导的探测器需要外回路提供偏压才能工作，这一点限制了光电探测尺寸的小型化，也同时意味着需要大量使用电池，而电池的大量使用会造成极大的环境问题。

最近，佐治亚理工大学王中林教授提出了自供能纳米器件和纳米系统的概念。王中林教授的自供能纳米系统的核心是利用纳米发电机将机械能转化为电能并为可实现各种功能的传感器（探测器）供能。由于纳米发电机是从环境中俘获机械能，因此可以实现纳米系统的自供能。自供能系统由于摆脱了纳米器件和纳米系统在能源供给上的限制，具有极大的优势。而光探测器由于应用的广泛性和必需性，实现自供能也是非常必要和迫切的。

鉴于传统的光探测器的缺陷和自供能的必要性，本发明提出了一种全新的基于光电化学光伏效应的紫外光探测器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种灵敏度高、响应时间快和制备工艺简单廉价，环境友好的自供能紫外光探测器。

为解决上述问题，本发明所述的一种自供能紫外光探测器，其特征在于：该探测器包括工作电极、对电极和电解液；所述工作电极与所述对电极之间设有所述电解液，并通过隔膜封装成三明治结构；所述工作电极即负极与所述对电极即正极之间通过电流表相连；其中

所述工作电极由导电基底和附着其上的能级匹配的半导体纳米材料组成；

所述对电极由导电基底和附着其上的Pt纳米颗粒或者碳纳米材料组成；

所述电解液由含有                                                氧化还原电对的乙腈溶液组成；所述含有氧化还原电对的乙腈溶液是指0.05mol 的I₂, 0.1mol的LiI，和0.5mol的四叔丁基吡啶溶解在1L乙腈溶剂中的溶液。

所述工作电极是指将钛酸四丁酯、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）溶于无水乙醇和冰乙酸混合溶剂中，经磁力搅拌制备成前躯体；该前躯体旋涂在所述导电基底上，500℃退火1 h后即得；所述混合溶剂中无水乙醇与冰乙酸的体积比为3：1~5：1；所述钛酸四丁酯与所述混合溶剂的质量比为1：6~1：10；所述聚乙烯基吡咯烷酮与所述混合溶剂的质量比为1：15~1：25；或

所述工作电极是指将商用的ZnO纳米颗粒超声分散在无水乙醇溶液中，然后在所述导电基底上滴数滴该液体，使薄膜的厚度控制在0.5~1.5μm，室温晾干后400℃退火0.5 h~2 h 即得；或

所述工作电极是指将乙酸锌和聚乙烯醇（PVA）按2：1的质量比溶解在去离子水中，滴入一滴冰乙酸，经磁力搅拌制备成前躯体；该前躯体旋涂在所述导电基底上，500℃退火1 h~2 h后即得ZnO纳米晶膜；所述ZnO纳米晶膜作为种子层生长ZnO纳米线阵列；然后将ZnCl₂和六次甲基四胺溶解在去离子水中，使两者的摩尔浓度各为0.02 mol/L；按每100 mL溶液中滴入1~5 mL氨水，得到混合液；最后将所述混合液置于烧杯中，将所述ZnO纳米晶膜竖直放置于所述烧杯中，在95℃下水热反应36 h~72 h即得。

所述对电极是指将0.03 g~0.08 g六水合氯铂酸氯铂酸溶于2 mL 异丙醇得到的氯铂酸溶液旋涂于所述导电基底上，400℃退火10 min~30 min所得；或