[发明专利]一种SnO2基光阳极的表面修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SnO₂基光阳极的表面修饰方法，其应用领域主要在敏化太阳能电池、光解水、光燃料电池等光电化学相关领域。

背景技术

当下环境污染问题严重，新能源的开发利用迫在眉睫。近些年来太阳能作为一种清洁能源备受人们关注。敏化太阳能电池、光解水、光燃料电池等光电化学器件是未来太阳能潜在利用的重要方式之一。SnO₂作为一种廉价无毒、原料丰富、化学性质稳定及载流子迁移率高的宽禁带半导体，使其成为具有巨大潜力的光电化学器件的基体材料。但是纳米SnO₂结构表面态密度大，从而导致光生载流子寿命低、易复合，进而导致了器件光能的转换效率低。

针对上述问题，通常采用TiCl₄水溶液水解对其进行表面钝化处理，以有效抑制纳米SnO₂结构的表面态。其典型的处理过程为：首先，用注射器吸取1ml TiCl₄，将其缓慢注入到约200 g冰水混合物中，并在冰水浴中搅拌数小时，直至得到澄清透明的溶液。然后将SnO₂多孔薄膜浸入该溶液中，70℃保温30 min后取出干燥烧结。然而TiCl₄为高毒液体，在空气中或遇水产生有毒的腐蚀性（氯化氢）烟气，该烟气具强腐蚀性、强刺激性。在使用过程中不易防护，易对实验或生产人员身体造成伤害——吸入该烟气，会引起上呼吸道粘膜强烈刺激症状（轻度中毒有喘息性支气管炎症状；严重者出现呼吸困难，呼吸脉搏加快，体温升高，咳嗽，咯痰等，可发展成肺水肿）。除了释放出腐蚀性的氯化氢之外，TiCl₄极易水解，即使在冰水混合物中溶解TiCl₄也经常会因为TiCl₄的快速水解而得不到澄清的溶液。除此之外，TiCl₄遇水或在潮湿空气中还会生成钛氧化物及氯氧化物，粘住使用的注射器，这也增加了配置TiCl₄溶液的困难。并且其水溶液因为TiCl₄的快速水解而无法长时间储存，只能现配现用。

原子层沉积（ALD）技术也能很好的在纳米SnO₂结构表面制备有效的钝化层，但是原子层沉积（ALD）设备价格昂贵，制备所需成本高。

本发明旨在通过在SnO₂表面沉积一层薄的CrO_x钝化SnO₂表面降低其表面态密度，从而提高了SnO₂基材料的光电化学器件的性能。其方法特点使用过程中不会产生有毒气体，操作安全。此外，前驱体溶液配制简单，且可长时间保存，多次使用，原料廉价，使用成本低。而且，该处理方法操作简便，易于实施。

发明内容

本发明采用液相法在SnO₂表面沉积一层薄的CrO_x钝化SnO₂表面，降低其表面态密度，获得一种经CrO_x钝化的低表面态密度的SnO₂基光阳极，从而提高了以SnO₂为基体材料的光电化学器件的性能。

本发明一种SnO₂基光阳极的表面修饰方法，包括：

a) 将可溶性含高价铬的铬酸或盐溶解于水中，配制出含高价铬的铬酸或铬酸盐溶液a；b) 配置一定浓度的非氧化性酸的水溶液b；c) 将亲水化处理的SnO_2多孔薄膜浸泡在溶液a中，一定时间后取出浸泡在去离子水中或用去离子水冲洗，然后浸泡在溶液b中一段时间，取出浸泡在去离子水中或用去离子水冲洗；重复步骤3）若干次，煅烧得到经CrO_x表面修饰SnO₂光阳极.

附图说明：

图1 实施例1 中制备的SnO₂光阳极平面形貌图

图2实施例1的制备的光阳极J-V测试曲线图

图3实施例2的制备的光阳极J-V测试曲线图

图 4实施例3的制备的光阳极J-V测试曲线图

具体实施方式：

以下实施旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：