[发明专利]氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极及其制备方法

权利要求书

1.氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，包括p型硅片，在p型硅片的一个表面进行重掺杂磷处理形成N⁺层，即在p型硅片表面掺杂元素磷形成n型硅片，形成同质异结机构；在N⁺层的表面设置五氧化二钽层，在五氧化二钽层中负载元素铂，作为催化剂；在形成N⁺层的p型硅片表面的相对表面设置铝背底层，即在p型硅片的上下两个表面分别设置N⁺层和铝背底层；p型硅片为单晶掺硼p型硅片，厚度为300—800μm；铝背底层厚度为1—5μm；五氧化二钽层的厚度为5—20nm；在五氧化二钽层中负载的元素铂为铂纳米颗粒，粒径为50—100nm；在p型硅片表面掺杂元素磷形成的n型硅片的厚度与整个p型硅片的厚度的比例为(0.5—5)：(300—800)。

2.根据权利要求1所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，p型硅片为单晶掺硼p型硅片，厚度为500—800μm。

3.根据权利要求1所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，铝背底层厚度为2—3μm。

4.根据权利要求1所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，五氧化二钽层的厚度为10—20nm。

5.根据权利要求1所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，在五氧化二钽层中负载的元素铂为铂纳米颗粒，粒径为70—80nm。

6.根据权利要求1所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极，其特征在于，在p型硅片表面掺杂元素磷形成的n型硅片的厚度与整个p型硅片的厚度的比例为(1—3)：(500—800)。

7.如权利要求1—6之一所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极作为工作电极，在光解水制氢中的应用。

8.氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

步骤1，在p型硅片表面进行重掺杂磷处理形成N⁺层

使用含磷掺杂剂旋涂在p型硅片表面，置于800—1200℃中保温进行扩散，以实现重掺杂磷处理，其中含磷掺杂剂由五氧化二磷均匀分散在氧化硅乳胶中形成，五氧化二磷为0.04—0.2质量份，氧化硅乳胶为2—5体积份，每一质量份为1g，每一体积份为1mL；氧化硅乳胶按照下述步骤进行制备：将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀并升温至50—60摄氏度，在搅拌条件下加入盐酸，再升温至70—80摄氏度保温1—5小时即可，正硅酸乙酯和乙醇的体积比为(15—20)：(30—40)，盐酸和正硅酸乙酯的体积比为1：(7—10)；

步骤2，在步骤1制备的p—n+硅片的背面设置铝背底层，使用掠角反应沉积设备沉积金属铝，并在惰性保护气体气氛中700—800摄氏度下焙烧成型；

步骤3，在步骤2制备的p—n+硅片的N⁺层表面原子层沉积五氧化二钽层；

步骤4，将经过步骤1—3处理的硅片进行电极封装，以使硅片上五氧化二钽层裸露在外，作为工作电极并沉积元素铂，采用标准三电极装置进行阴极电沉积，将硅片作为工作电极，铂片电极作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，pH＝1且浓度5—10mM氯铂酸钾的水溶液，为阴极电沉积过程的电沉积溶液。

9.根据权利要求8所述的氧化钽保护的P型硅光解水制氢电极的制备方法，其特征在于，在步骤1中，正硅酸乙酯和乙醇的体积比为(15—18)：(33—35)，盐酸和正硅酸乙酯的体积比为1：(7—8)，盐酸为质量百分数0.05—0.1％的氯化氢水溶液；选择管式炉为扩散设备，温度为1000～1200℃，扩散30～60min；五氧化二磷为0.04—0.1质量份，每一质量份为1g，氧化硅乳胶为2—3体积份，每一体积份为1mL。