[发明专利]提高p-Si/PtSi光阴极分解水光电转换效率的方法

说明书

本发明公开一种提高p‑Si/PtSi光阴极分解水光电转换效率的方法。该方法包括：在碱性溶液中对p‑Si/PtSi光阴极进行电化学氧化处理，使p‑Si/PtSi光阴极中的PtSi薄膜表面形成富铂相铂硅化物Pt_xSi(x1)，增强了p‑Si/PtSi光阴极表面电化学催化分解水性能，从而提高了其光电化学分解水光电转换效率。该提高p‑Si/PtSi光阴极光电化学分解水转换效率的方法操作简单，成本低廉，对于促进光电化学分解水技术的发展和应用具有积极意义。

技术领域

本发明涉及光电化学技术领域，具体涉及一种提高p-Si/PtSi光阴极分解水光电转换效率的方法。

背景技术

当前，化石能源日益紧缺，并且在能源使用过程中产生严重的环境污染问题。利用光电化学分解水将太阳能转化成清洁能源氢能，是解决上述能源和环境污染问题的一种有效方式。在光电化学分解水反应过程中，光阴极发生产氢半反应，光阳极发生产氧半反应。其中，光阴极产生的氢气可直接用作清洁燃料或用于化学品合成。因此，构建具有高性能的光阴极器件是实现高效光电化学分解水的重点。

Si在地球上储量丰富，具有可吸收大部分可见光能量的带宽、适合发生光电化学分解水反应的能级位置以及高的载流子迁移率，因而被认为是一种理想的光阴极材料。但是，在光电化学条件下Si的稳定性较差，并且Si表面的产氢反应动力学过程缓慢。在Si表面沉积具有高产氢催化活性的金属(例如Pt)，并通过硅化处理形成硅化物，可以在提高光电极表面催化活性的同时保护Si不受腐蚀。但是，p-Si与PtSi直接接触会造成很强的费米能级钉扎，导致肖特基势垒高度很低。通过杂质分凝(Dopant Segregation，DS)过程可以提高p-Si/PtSi肖特基势垒高度，从而提高器件光生电压。然而，p-Si/PtSi光阴极光电化学分解水开启电位仍然较低，需要外界提供较高的能量实现分解水，这使太阳能在光电分解水过程中的光电转换效率(Applied bias photo-to-current efficiency，ABPE)较低。

为此，本发明提出了通过对p-Si/PtSi在碱性溶液里进行电化学氧化处理，大幅提高p-Si/PtSi光阴极光电化学分解水光电转换效率的新方法。

发明内容

基于以上技术问题，本发明提供一种提高p-Si/PtSi光阴极分解水光电转换效率的方法，通过在碱性溶液中对p-Si/PtSi光阴极进行电化学氧化处理，在p-Si/PtSi光阴极中的PtSi表面形成富铂相铂硅化物Pt_xSi(x1)，同时使电极表面变粗糙，大幅提高p-Si/PtSi光阴极表面对分解水反应的催化活性，并且增大其电化学表面积，从而提高光电化学分解水的光电转换效率。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种提高p-Si/PtSi光阴极分解水光电转换效率的方法，该方法包括：在碱性溶液中对p-Si/PtSi光阴极进行电化学氧化处理。

其中，所述的p-Si/PtSi光阴极以p-Si为基底，其表面上包括有PtSi薄膜，具有光电效应分解水产氢的光电极。

该方法通过在碱性溶液中对p-Si/PtSi光阴极进行电化学氧化处理，使p-Si/PtSi光阴极中的PtSi表面形成富铂相铂硅化物Pt_xSi(x1)，同时p-Si/PtSi光阴极表面变粗糙，大幅提高p-Si/PtSi光阴极表面对分解水反应的催化活性，并增大其电化学表面积，从而实现p-Si/PtSi光阴极光电化学分解水光电转换效率的提高。

优选地，所述碱性溶液为KOH水溶液或NaOH水溶液。

优选地，所述碱性溶液为1M的KOH水溶液或1M的NaOH水溶液。本领域技术人员理解的，碱液的浓度选择常规浓度均可实现本发明目的，本发明经过条件优化选定浓度为1M，此时氧化处理时间适宜。