[发明专利]一种可控助剂和界面修复的铜铟镓硒电极及其制备方法和在光催化中的应用

说明书

本发明公开了一种可控助剂和界面修复的铜铟镓硒电极及其制备方法和在光催化中的应用，用化学浴沉积的方法在CIGS基底上生长出CdS薄膜，在此基础上，通过原子层沉积的方法在CdS薄膜上依次沉积Al₂O₃和TiO₂薄膜，之后通过直流溅射的方法在TiO₂上溅射少量Pt颗粒，然后将这个电极作为光阴极，在光照的条件下施加一定偏压，原位生长光电沉积的Pt颗粒，完成整个电极的制备，且方法简便易行，可控性强，产氢效率高。

技术领域

本发明属于半导体电极技术领域，具体涉及一种可控助剂和界面修复的铜铟镓硒电极及其制备方法和在光催化中的应用。

背景技术

由于黄铜矿材料较大的光吸收系数和带隙可调的特性而得到广泛研究¹。其中，铜铟镓硒(CIGS)作为吸收层材料，在能源和环境领域得到了广泛应用²。而CIGS/CdS异质结在薄膜太阳能电池³和光解水制氢电极⁴上备受人们关注。

研究表明电极表面产氢助剂的负载形式以及CdS材料与电极保护层材料的界面电子传输对电极性能有至关重要的作用。在光解水电极领域，电极表面Pt助剂的负载可以加快表面产氢动力学⁵，减少复合，增加固液界面的电子传输；引入稳定保护层材料TiO₂可以隔绝溶液与CdS接触发生腐蚀失活，同时合适的能带位置可以一定程度上提高电子的传输⁶。然而，传统的光电沉积负载Pt助剂的方式，无法可控调节助剂在电极表面的负载形式，造成界面复合增加和影响透光率⁷；同时，CdS与TiO₂材料界面存在缺陷能级，缺陷能级的存在会捕获光生电子，造成电极性能的下降，尤其是光生电压和电极的填充因子⁸。

因此，制备助催化剂可控负载和界面缺陷修复的铜铟镓硒电极是亟待解决的科学技术难题。目前，还没有先例成功制备出助催化剂可控负载和界面缺陷修复的铜铟镓硒电极。

1 a)H.Kumagai,T.Minegishi,N.Sato,T.Yamada,J.Kubota and K.Domen,J.Mater.Chem.A,2015,3,8300-8307；b)A.Azarpira,M.Lublow,A.Steigert,P.Bogdanoff,D.Greiner,C.A.Kaufmann,M.Krüger,U.Gernert,R.van de Krol,A.Fischer andT.Schedel-Niedrig,Adv.Energy Mater.,2015,5,1402148.

2 J.Luo,Z.Li,S.Nishiwaki,M.Schreier,M.T.Mayer,P.Cendula,Y.H.Lee,K.Fu,A.Cao,M.K.Nazeeruddin,Y.E.Romanyuk,S.Buecheler,S.D.Tilley,L.H.Wong,A.N.Tiwariand M.Adv.Energy Mater.,2015,5,1501520.

3 A.P.Reinhard,F.Pianezzi,P.Bloesch,A.R.Uhl,C.Fella,L.Kranz,D.Keller,C.Gretener,H.Hagendorfer,D.Jaeger,R.Erni,S.Nishiwaki,S.Buecheler andA.N.Tiwari,Nat.Mater.,2013,12,1107-1111.

4 T.J.Jacobsson,V.M.Edoff and T.Edvinsson,Sol.EnergyMater.Sol.Cells,2015,134,185-193.