[发明专利]可同时光电转化与光能存储的纳米线阵列器件及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种纳米线阵列器件及其制备方法和应用。

背景技术

能源危机作为本世纪急需解决的重大问题，发展新能源技术是解决能源危机的关键，而太阳能的利用作为新能源中重要一员。一般利用太阳能资源可分为两大类：一类是太阳能电池，将太阳能转换为电能利用，但由于太阳能电池的电能需及时使用，不能长期储存，因而在实际使用中会存在并网、储能等问题；另一类是光化学电池，将太阳能转换为化学能利用，如太阳能分解水制氢，此种能源无需进一步转换，可直接储存长期使用。

传统的光解水制氢气，是用太阳光照射半导体材料产生光生电子和空穴将水分解，光生电子还原水产生氢气，光生空穴氧化水产生氧气，氢气是重要的能源物质，但氧气在能源上却没有多少实用价值，因而此部分包含的光生空穴的能量即被浪费。本发明利用在半导体光阳极上负载赝电容材料，将光生空穴的能量储存在电容器中。并可以通过电容器放电和化学传感器将此部分储存的电容能量进一步释放出来。本发明可以有效提高光解水的能量利用效率，且制作步骤简单，方便大规模利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可利用太阳能同时实现光电转换、光能储存与利用的多功能纳米线阵列器件及其制备方法和应用。

本发明提供的同时实现光电转换、光能储存与利用的纳米线阵器件，包括：一在光电材料上复合电容材料制成的光阳极；一光阴极；电解液；上述光阳极和光阴极短路连接后置于电解液中。

本发明提供的同时实现光电转换、光能储存与利用的纳米线阵器件的制备方法，具体步骤为：

(1) 在光电材料上复合电容材料，作为光阳极；

(2) 提供一光阴极；

(3) 将上述光阳极和光阴极短路连接置于电解液中。

用光照给纳米线阵列电容器件充电，在充电过程中，加入不同浓度化学检测物溶液，通过电流变化反应化学检测物浓度。

放电过程中加入不同浓度化学检测物溶液，通过光阳极电势变化反应化学检测物浓度。

所述的光电材料是TiO₂、ZnO、WO₃、Fe₂O₃中的一种或多种。

所述的电容材料是NiO、Ni(OH)₂、Co₃O₄、CoO、Co(OH)₂、MnO_x、Mn(OH)₂中的一种或多种。

所述的光阴极光电材料是Si、Cu₂O、GaP、InP中的一种或多种。

所述的电解液是Na₂SO₄、NaCl、K₂SO₄之一种。

所述的化学检测物为葡萄糖、H₂O₂、H₂S之一种。

本发明的纳米线阵列器件能利用太阳能光解水制氢，同时将光阳极的空穴能量作为赝电容电容器的化学能储存起来，再可以通过电容器放电或者化学传感器将改电容器能量释放出来。

本发明的纳米线阵列器件可应用于太阳能电池和化学传感器。例如，以二氧化钛复合氧化镍纳米线阵列为光阳极，硅纳米线阵列为光阴极，0.5 M的硫酸钠溶液为反应溶液，照射光强度为一个太阳光，照射截面积为可根据工作电极的面积大小调节。

本发明通过在光电材料上沉积赝电容材料，实现高效光解水制氢同时将光生空穴的能量储存在赝电容电容器中。该纳米线阵列器件具有制作工艺简单，成本低，稳定性好，光电转化效率高并对环境友好的特点，适合大面积生产，对于太阳能电池研究上具有重要意义，在新能源领域也具有很好的应用前景。

附图说明

图1：a–c为TiO₂纳米线阵列上负载NiO纳米片的电镜照片；d为f图为硅纳米线阵列上负载铂纳米颗粒的电镜照片。

图2：为纯TiO₂纳米线阵列、纯NiO纳米片、TiO₂纳米线阵列上负载氧化镍纳米片随光照时间变化开路电势的变化。

图3：依次为纯TiO₂纳米线阵列、TiO₂纳米线阵列负载NiO纳米片光阳极、此光阳极光照充完电后状态、此光阳极放电后状态的照片，充电完之后光阳极变黑，放电后又恢复到原始颜色。