[发明专利]Cu2O/TiO2纳米复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境科学领域，具体涉及一种Cu₂O/TiO₂纳米复合薄膜，还涉及这种复合薄膜的制备方法。

背景技术

环境和能源问题是现今人类所面临的巨大难题和挑战，因此对可持续的洁净能源和高效的污染治理方式的寻求已成为世界各国竞相研究的热点。太阳能是一种最具潜力的清洁可再生能源，因其绿色、无污染、成本低、使用方便等特点备受人们关注。太阳能利用技术包括光电转换和光热转换两大领域，其中光电转换所涉及的光催化及太阳能电池技术已在环境治理和能源转化方面广泛应用。目前具有优异光学性能及突出化学活性的材料主要为TiO₂，它是一种能带隙大于3.2eV的n型半导体，因具有化学活性稳定、催化活性高、价格低廉、无毒安全及可直接利用太阳能等特点，成为一种理想的洁净能源生产材料及环境污染处理材料。但它的缺点是只能利用太阳能的紫外线部分（仅占不足5％的太阳能总能量），使其在光电转换领域的应用受到了限制。与此同时，光生电子、空穴的复合也是制约光催化及电池性能的重要原因。因此将光吸收响应区域扩展到可见光区（能量约占45％的太阳能总能量）、增加光生电子和空穴电子的复合时间及表面捕获速率成为优化光催化及电池性能的关键因素。Cu₂O为能带隙为1.9～2.38eV的p型半导体，能吸收近紫外线（可被400～500nm可见光激发），具有低毒、廉价、丰度大以及能带隙可调等优越性，特别是纳米级的Cu₂O具有特殊的光学、电学及光电化学性质，在太阳能电池、光催化、超导体、制氢和电致变色等方面有着潜在的应用。目前商业化程度最高的太阳能电池是硅基太阳能电池，但其复杂的制备工艺及高昂的价格成本制约了进一步的发展；虽然如CdTe类无机薄膜太阳电池成本相对较低，但是CdTe有毒，会对环境产生污染；而有机化合物太阳能电池的稳定性及能量转换效率较低。Cu₂O作为太阳能电池的一种新材料，理论转化效率可达20%，但目前为止文献报道的Cu₂O太阳能电池的最高效率仅为2%（据估计只要达到5%的光电转换效率Cu₂O太阳电池就会有较高经济价值）。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Cu₂O/TiO₂纳米复合薄膜，以解决现有技术存在的能量转换效率低的问题。

本发明的另一个目的是提供上述复合薄膜的制备方法。

本发明的目的是这样实现的，Cu₂O/TiO₂纳米复合薄膜，包括导电玻璃基底，导电玻璃基底上覆有纳米TiO₂薄膜和纳米Cu₂O薄膜。

本发明还有如下特点：

纳米TiO₂薄膜的厚度为100～300nm，纳米Cu₂O薄膜的厚度1.0～2.0μm。

TiO₂粒径为20～30nm，Cu₂O粒径为400～700nm。

本发明的另一个目的是这样实现的，上述Cu₂O/TiO₂纳米复合薄膜的制备方法，以导电玻璃为基底，先采用浸渍-提拉法涂上一层TiO₂胶体溶液，形成TiO₂纳米层，然后再采用电沉积法沉积Cu₂O纳米层。

具体包括

步骤1：以导电玻璃基片为基底，将导电玻璃基片浸入TiO₂胶体溶液中，平稳垂直匀速提拉形成TiO₂薄膜，干燥后，于300℃煅烧后自然降温至室温。

步骤2：以步骤1得到的覆有TiO₂薄膜的导电玻璃基片为工作电极，以Pt电极为对电极，以饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，在含有二价铜离子的电解液中沉积Cu₂O薄膜，在导电玻璃基片上形成Cu₂O/TiO₂纳米复合薄膜，自然晾干，即可。