[发明专利]一种背照式光电阳极及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种背照式光电阳极及其制备方法和用途。所述光电阳极包括衬底、覆盖在衬底一侧的活化后的过渡金属膜、覆盖在活化后的过渡金属膜上的过渡金属催化剂层以及与衬底连接的第一电极。所述光电阳极的制备方法包括以下步骤：(1)在衬底的一侧制备过渡金属膜；(2)将步骤所述过渡金属膜活化，得到活化后的过渡金属膜；(3)在步骤(2)所述活化后的过渡金属膜上制备过渡金属催化剂层；(4)在衬底上制备第一电极，得到所述光电阳极。所述光电阳极用于光电化学分解水。本发明提供的光电阳极达到了显著降低光电化学电极的起始电位，提高光电流密度的技术效果；且其制备方法符合工业化生产要求。

技术领域

本发明属于清洁能源领域，涉及一种背照式光电阳极及其制备方法和用途。

背景技术

随着能源短缺及环境污染问题日益严重，发展清洁能源成为一种势在必行的解决这些问题的手段。光电化学分解水是产生清洁能源的一种途径：它利用太阳能辅助分解水，可以减少光电化学分解水过程中的能源消耗。硅基等半导体是很好的吸收光能的材料，然而其在碱性电解质中不稳定的缺点限制了其在光电化学领域的应用。对此人们进行了大量的研究，但是绝大多数方案在原料和流程上并不符合工业化生产的要求

CN107324441A公开了一种镍铁羟基氧化物修饰钒酸铋光电阳极及其制备方法，先在导电玻璃表面沉积碘氧化铋，然后在沉积有碘氧化铋的表面涂覆乙酰丙酮氧钒的二甲基亚砜溶液，经退火、碱浸泡和水清洗除去多余五氧化二钒，然后干燥，得到钒酸铋光电阳极，再在三电极体系中采用循环伏安法在钒酸铋光电阳极表面修饰镍铁羟基氧化物，即得。该方案步骤繁琐，原料昂贵，虽然能提高半导体光电阳极的太阳能光氢转换效率，但是并不符合工业化生产的要求。

因此，开发一种既具有更好的光电催化性能，同时符合工业化生产要求的光电阳极对于本领域有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种背照式光电阳极及其制备方法和用途。本发明提供的光电阳极为复合光电阳极，其生产工艺符合工业化生产要求，且光电化学性能优异。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种光电阳极，所述光电阳极包括衬底、覆盖在衬底一侧的活化后的过渡金属膜、覆盖在活化后的过渡金属膜上的过渡金属催化剂层以及与衬底连接的第一电极。

本发明提供的光电阳极为背照式光电阳极，即可以从作为光电化学反应催化剂的过渡金属催化剂层的背面进行光照射，而无需从正对着过渡金属催化剂层的方向进行照射。背照式的优点在于可以将催化剂和活化后的过渡金属膜做的比较厚而不用考虑它们产生的折光对光电阳极的性能产生影响。

本发明中，第一电极与衬底不一定要直接接触，可以通过导电浆料或者焊锡连接第一电极和衬底。

本发明提供的光电阳极中，衬底具有很好地吸收光能的能力，活化后的过渡金属膜表面会产生过渡金属氧化物，从而与过渡金属催化剂层通过共价结合，有更好的结合力，例如Ni膜表面会产生的NiO_x(包括NiOOH和Ni(OH)₂等物质)，就具有很好地结合力；过渡金属催化剂层具有较强的催化能力，从而降低光电催化反应的过电势(例如水氧化的过电势)。衬底、活化后的过渡金属膜和过渡金属催化剂层相互配合，将它们各自的优点结合了起来，通过第一电极作为光电催化的工作电极，既可以保护硅不被电解质腐蚀，又可以提高光电催化性能。相比于未经活化的过渡金属膜，本发明使用的活化后的过渡金属膜表面产生过渡金属氧化物，具有比不活化的金属膜更好的连接过渡金属催化剂层的能力。以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述衬底为阳极裸露的光伏电池。使用光伏电池作为衬底，其n⁺发射极一侧光照能产生光伏效应，并且很符合工业化生产要求。