[发明专利]一种In2S3/CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极及其制备方法在审
| 申请号： | 201410302030.8 | 申请日： | 2014-06-26 |
| 公开（公告）号： | CN104167294A | 公开（公告）日： | 2014-11-26 |
| 发明（设计）人： | 徐雪青;安萍;梁柱荣;徐刚 | 申请（专利权）人： | 中国科学院广州能源研究所 |
| 主分类号： | H01G9/20 | 分类号： | H01G9/20;H01G9/042 |
| 代理公司： | 广州科粤专利商标代理有限公司 44001 | 代理人： | 莫瑶江 |
| 地址： | 510640 广*** | 国省代码： | 广东;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 in sub cuins 薄层 宽带 半导体 阳极 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及基于薄层敏化的宽带半导体光阳极的太阳能光电化学池的研究领域。
技术背景
基于薄层敏化多孔纳米晶宽带半导体光阳极的光电化学电池具有三维的体结结构，对材料缺陷要求较低，制备工艺简单、成本低廉，自其发明以来受到各国研究者的广泛关注。其中CuInS2光学吸收系数高(达6×105cm-1)，导带位置与纳米TiO2等宽带半导体相匹配，禁带宽度(Eg为1.50eV)接近太阳能电池材料的最佳禁带宽度(1.45eV)，原料较为丰富毒性低，且具有较好的光化学稳定性，是理想的光敏化材料。
CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极的制备方法包括原子层沉积法、化学浴沉积法、以及连续离子层吸附反应法等，其中连续离子层吸附反应法具有成本低廉、容易控制的特点。但是采用传统的离子层吸附反应法制备获得的CuInS2化学计量比难以控制，材料内部缺陷多，电子复合较为严重，光电化学电池的量子效率较低。此外，CuInS2中的Cu+离子容易扩散到宽带半导体晶格间隙，造成宽带半导体/CuInS2界面的缺陷与电子复合。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种In2S3/CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极及其制备方法，在宽带半导体膜层和CuInS2之间设置一层In2S3缓冲层，以阻止Cu+离子的扩散、降低界面电子的复合。
本发明的另一个目的是提供制备上述In2S3/CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极的方法。
本发明In2S3/CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极，其特征在于由导电基片、宽带半导体膜层和In2S3/CuInS2薄层组成，在导电基片表面沉积有宽带半导体膜以构成宽带半导体膜电极，在宽带半导体膜电极表面先后包覆In2S3与CuInS2薄层，In2S3的厚度在1-5nm之间，CuInS2的厚度在2-15nm之间。所述宽带半导体膜层，可以是多孔的纳米晶宽带半导体膜层，或者是致密的纳米晶宽带半导体膜层，优选的是多孔的纳米晶宽带半导体膜层；宽带半导体选自TiO2、ZnO和SnO2中的一种或多种。
所述的In2S3/CuInS2薄层敏化的宽带半导体光阳极的制备方法,采用改进的连续离子层吸附反应法，在宽带半导体膜表面先后沉积InxS与CuyS,且In-S沉积次数多于Cu-S的沉积数，然后通过在硫气氛中进行真空热处理得到In2S3/CuInS2薄层敏化宽带半导体光阳极。
具体包括如下步骤：
(1)先将宽带半导体膜电极在铟离子溶液中浸渍30-360秒；
(2)用溶剂洗涤宽带半导体膜电极，除去表面多余的铟离子,吹干；
(3)将吸附了铟离子的宽带半导体膜电极在硫离子溶液中浸渍30-240秒；
(4)用溶剂洗涤宽带半导体膜电极，除去表面多余的硫离子,并吹干；
(5)重复步骤(1)至(4)3-15次；
(6)然后将宽带半导体膜电极在铜离子溶液中浸渍30-240秒；
(7)用溶剂洗涤宽带半导体膜电极，除去表面多余的铜离子,吹干；
(8)接着将吸附了铜离子的宽带半导体膜电极在硫离子溶液中浸渍20-240秒；
(9)用溶剂洗涤宽带半导体膜电极，除去表面多余的硫离子,并吹干；
(10)重复步骤(6)至(9)2-7次；
(11)热处理：将上述宽带半导体膜电极在真空条件下硫或者硫化氢气氛中进行热处理.
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