[发明专利]利用PN结自供电的半导体光电催化器件

说明书

利用PN结自供电的半导体光电催化器件属于光电催化技术领域。现有技术为了提高半导体光电催化器件的催化效率，致使结构复杂。本发明之利用PN结自供电的半导体光电催化器件其特征在于，在P^‑N⁺硅片的P^‑区分布若干栅条，自P^‑区至N⁺区掺杂浓度由稀变浓，栅条以下的P^‑区厚度为50～120μm；栅条的顶面和侧面覆盖有半导体纳米线光电催化层。本发明能够用来催化净化水体，同时能够利用光照实现自供电，催化效率得到提高，器件结构得到简化。

技术领域

本发明涉及一种利用PN结自供电的半导体光电催化器件，能够用来催化净化水体，同时能够利用光照实现自供电，提高催化效率，属于光电催化技术领域。

背景技术

半导体光电催化技术始于1972年问世的TiO₂(二氧化钛)催化污水的净化。该技术将TiO₂薄膜作为电极，在光照的条件下发生光解水反应，以此发挥催化作用。之后，半导体能带理论被用于解释TiO₂光催化机制，当入射的光子能量大于TiO₂半导体禁带宽度时，位于价带的电子会跃迁到导带，电子成为具有还原性的高活性电子，同时在价带上产生带正电的具有氧化性的空穴。不过，在电子和空穴会向表面迁移的过程中，一部分电子和空穴会发生体内复合，并且，载流子复合率较高，导致TiO₂光催化效率降低。人们发现ZnO、WO₃、CdS、ZnS等也都可以作为半导体光催化材料使用，但是，载流子复合率同样较高，而且往往高于TiO₂。现有技术通过TiO₂改性来降低载流子复合率，提高量子效率。改性措施包括减小晶粒粒度、选择合适的晶型、沉积贵金属、使半导体复合、电化学与光催化相结合等。实验结果表明，电化学与光催化相结合，也就是光电催化能够显著提升反应中的量子效率，进而提高催化效率。

以TiO₂为例，实现光电催化先要制作TiO₂光电阳极，如悬浮态光电阳极、固定化膜光电阳极以及透明固定化膜光电阳极等，由外部电路加偏置电压，以使电子更加容易离开TiO₂表面，从而提高催化效率。如制作TiO₂固定化膜光电阳极，引线接外部电源，加10～1000mV的偏置偏压，用于降解苯酚，催化效率能够提高20％以上。然而，制作薄膜光电阳极，外接电源提供偏置电压，这使得光电催化器件结构变得复杂，还需要额外耗费能量，再有就是薄膜状态的催化材料的催化面积有限，而且容易失活。

发明内容

为了在提高催化效率的前提下，简化半导体光电催化器件的结构，绿色节能，进一步加大催化面积，延长光电催化材料的寿命，我们发明了一种利用PN结自供电的半导体光电催化器件。

本发明之利用PN结自供电的半导体光电催化器件，其特征在于，如图1、图2所示，在P^-N⁺硅片的P^-区分布若干栅条1，自P^-区至N⁺区掺杂浓度由稀变浓，栅条1以下的P^-区厚度为50～120μm；栅条1的顶面和侧面覆盖有半导体纳米线光电催化层2。