[发明专利]一种制备半导体粉末薄膜光电极的方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料、太阳能光电转化领域、光电化学阴极保护领域，涉及一种制备半导体粉末薄膜光电极的方法。

背景技术

目前，在光催化材料、太阳能光电转化领域、光电化学阴极保护领域，利用半导体材料如TiO₂、ZnO等做光电极因而具有良好的应用前景而成为研究热点，其中在研究这些半导体材料性质的过程中，光电极的制备，特别是粉末材料光电极制备成为了一个问题。传统的制备方法比如阳极氧化法、水热法、模板法均不适用于粉体材料，而点涂法、旋涂法制备出电极均存在不够均匀或制备厚度有限制，在一定程度上会影响实验的重现性，而化学沉积法等方法操作复杂，成本较高，反应条件不易控制，不利于在工业生产中实际应用。

另一方面，喷涂方法的沉积速率快，设备简单、成本较低，因此其在油漆喷涂和电镀等方面应用较为广泛。但利用喷涂的方法将半导体制备在导电基体表面、构筑一定的形貌或构型，从而制备粉末光电极的技术还未见报道，其需要对喷涂颗粒的大小、喷涂速率等因素进行全面的控制也有待于进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备半导体粉末薄膜光电极的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种制备半导体粉末薄膜光电极的方法，将含有半导体材料的悬浊液，采用喷枪以15-350mL/min速率利用虹吸效应将半导体材料悬浊液喷涂至导电基体表面，待溶剂蒸发后即形成均匀致密结合力良好的半导体粉末薄膜光电极。

所述采用喷枪以15-350mL/min速率利用虹吸效应将半导体材料悬浊液喷涂至经加热至20-450℃的导电基体表面；干燥后即制得所需要的半导体电极。加热可以加速半导体材料在导电基体的干燥过程，也能增加基体与半导体的结合力。

所述含有半导体材料的悬浊液为将料粒径在0.1-10μm半导体材分散至溶剂中，获得悬浊液待用。

所述溶剂为水、乙醇、丙酮或乙醚。

所述料粒径在0.1-10μm半导体材为TiO₂、ZnO、SnO₂、ZrO₂、Cu₂O、C₃N₄、Fe₂O₃、CdS、CdSe、CdTe、PdS、PbSe、PdTe、Bi₂S₃、Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、InAs、InGaAs和InP中的一种或几种。

所述半导体材中还掺杂改性的粉末态半导体材料。

其中，改性的半导体材料可按照现有的技术进行制备获得，而后再与上述导电材料混合，混合比可按照任意比例。

进而对于不同的半导体材料的性质和导电基体，对于基体加热的温度均不超过两者化学性质或光电性质发生变化的温度，因此不同粉体材料和导电基体，选择不同的工作温度，例如：FTO玻璃做导电基体与水作溶剂时，工作温度不宜超过60℃，否则导电玻璃容易破裂。

所述导电基体为导电玻璃或金属。

本发明所具有的优点：

本发明利用喷涂法制备粉末半导体材料的粉末薄膜光电极，该方法制备电极均匀致密、重现性好、具有较高光电转换效率的光电极。具体体现在制备的光电极光电流稳定，和常用的涂覆法对比，光电压变化更为稳定，而且其粉末涂覆量的改变对电极的性质影响较小，具有很好的兼容性。该方法操作简便，设备简单，使得本方法制备光电极易于推广应用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的实施TiO₂粉末FTO薄膜光电极的制备过程示意图。

图2是本发明实施例提供的制备得到的TiO₂粉末FTO薄膜光电极的SEM图。

图3是本发明实施例提供的不同沉积量的TiO₂粉末FTO薄膜光电极的光电流曲线。

图4是本发明实施例提供的不同沉积量TiO₂粉末FTO薄膜光电极的光电位曲线。

图5是本发明实施例提供的喷涂法制备TiO₂粉末FTO薄膜光电极的光电流和普通点涂法及电泳法的对比。

图6是本发明实施例提供的喷涂法制备TiO₂粉末FTO薄膜光电极的光电位和普通点涂法及电泳法的对比。