Si-ZnO微納分級(jí)光陽極結(jié)構(gòu)制備工藝研究.pdf

1、太陽能是一種潔凈的、可再生的能源，通過制備基于微納結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)太陽能電池，能夠?qū)崿F(xiàn)類似自然界中光合作用的光電化學(xué)過程，即利用太陽光分解水獲得氫氣，將太陽能存儲(chǔ)于氫氣之中，從而獲得便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)臍淠茉?，這具有極大的應(yīng)用前景。在光電化學(xué)太陽能電池的制造中，關(guān)鍵是其光電極的微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，本文針對這一點(diǎn)，結(jié)合優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目“仿生微納制造與應(yīng)用研究”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“染料敏化太陽能電池光陽極結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)與可控制備”的需求

2、，提出以Si/ZnO微納分級(jí)結(jié)構(gòu)作為光電化學(xué)太陽能電池光電極，具體工作如下：
　　1、Si/ZnO納米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)制備及其光制氫領(lǐng)域的應(yīng)用研究。研究了金屬催化刻蝕工藝和水熱生長工藝，在Si基底上制備了Si納米線陣列和ZnO納米線陣列，詳細(xì)的對金屬催化刻蝕的機(jī)理及其工藝進(jìn)行了研究?；谝陨蟽煞N工藝制備了Si/ZnO納米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了進(jìn)一步的表征。探索了基于微納結(jié)構(gòu)的光電化學(xué)太陽能電池光電極的封裝工藝，分析了其工作機(jī)理，搭

3、建了光電化學(xué)太陽能電池性能測試平臺(tái)，將Si/ZnO納米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)封裝為光電化學(xué)太陽能電池光電極，測試并分析了其光制氫性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分級(jí)結(jié)構(gòu)較生長在平面Si上的ZnO納米線陣列其光電流有了顯著提高。
　　2、Si/ZnO微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)制備及其在光制氫領(lǐng)域的應(yīng)用研究。搭建了用于Si微米線陣列生長的CVD工藝平臺(tái)，包括氣源、氣體傳輸系統(tǒng)、高溫工藝腔、真空裝置和尾氣處理裝置等，研究了Si微米線陣列的CVD-VLS生長制備工藝

4、。基于水熱生長工藝和CVD-VLS生長工藝，以Si微米線陣列為核心制備了Si/ZnO微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，并將其封裝為光電化學(xué)太陽能電池光電極，測試了其光制氫性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分級(jí)結(jié)構(gòu)具有較好的光制氫性能。
　　3、復(fù)合Si/ZnO微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)制備及其光制氫領(lǐng)域的應(yīng)用研究。針對Si/ZnO微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)光吸收效率不高的現(xiàn)象，提出了對Si/ZnO微米/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行修飾的方法及其工藝，即以窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料Cd