半導(dǎo)體光電極的制備、表征及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、本論文是以光電化學(xué)太陽能電池的半導(dǎo)體光電極(包括光陽極和光陰極)的制備、表征與光電性能研究為主要內(nèi)容，通過各種測試技術(shù)和光電化學(xué)研究手段，對(duì)TiO2納米管陣列光陽極的制備、形成機(jī)理和有關(guān)光電性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究；另外還對(duì)金屬(合金)/p-Si、Ni-Co/AC和Ni-W-P/TiO2等陰極材料的催化析氫性能進(jìn)行了研究。 采用陽極氧化法在鈦片上成功獲得了排列規(guī)則的、垂直導(dǎo)向生長的TiO2納米管陣列。最佳反應(yīng)工藝條件為：陽極氧化電

2、壓20 V，HF電解液濃度1(wt)％，室溫，反應(yīng)時(shí)間控制在30 min。在此條件下制得的TiO2納米管陣列，其管內(nèi)徑約為90 nm，管壁厚約為10 nm，氧化膜厚度約為500 nm。通過XRD分析和計(jì)算得出，經(jīng)600℃退火處理后，電極結(jié)構(gòu)為銳鈦礦型與金紅石型的混晶結(jié)構(gòu)。 光電化學(xué)測試結(jié)果表明，TiO2納米管陣列電極具有n型半導(dǎo)體的典型特征。經(jīng)600℃退火處理的納米管電極開路電壓最大，電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，所表現(xiàn)出的光電響應(yīng)特性與普

3、通TiO2多孔膜電極基本相似。但TiO2納米管陣列光電極具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。其主要原因是納米管陣列電極獨(dú)特的管狀陣列結(jié)構(gòu)，比多孔膜電極具有更大的孔隙率和比表面積。 采用溶膠-凝膠法制備不同過渡金屬離子摻雜TiO2納米管光電極，其光電響應(yīng)區(qū)別很大。在電極電位為0.6 V時(shí)，摻雜電極光電性能由大到小的順序依次為：Zn＞Cu＞Ni＞Fe＞Mn。這主要是由摻雜過渡金屬離子本身的物理化學(xué)性質(zhì)的不同而引起的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，Ea/r值適中

4、、磁矩值越小的ZnOx/TiO2電極體系具有更大的光電化學(xué)性能。 采用化學(xué)沉積和電沉積技術(shù)制備了Pd/p-Si和Ni-Co-P/p-Si納米晶光陰極。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光照使其析氫反應(yīng)性能顯著提高，p-Si電極表面納米顆粒的覆蓋度對(duì)其光電催化析氫性能有顯著影響，納米顆粒的表面覆蓋度過小或過大均不利于光電催化析氫性能的提高，其存在一個(gè)最佳值。約為35％。 采用復(fù)合電沉積技術(shù)制備了Ni-Co/AC復(fù)合電極材料。測試表明，Ni-C