[发明专利]一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法

说明书

本发明涉及一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法，属于光电化学水分解领域。该方法在样品固定板中放置掺杂氧化铁薄膜，然后对掺杂氧化铁薄膜进行脉冲激光退火处理；所述脉冲激光退火处理中，设置激光器的波长为355～600nm，激光脉冲能量为5～30mJ，激光脉冲次数为1～40次，得到激光退火处理后的掺杂氧化铁。本发明的激光退火方法能够激活掺杂原子，提高掺杂氧化铁的载流子浓度，进行激光退火处理后的掺杂氧化铁薄膜的光电流、电荷转移能力和传输能力明显提高。

技术领域

本发明涉及光电化学水分解领域，具体涉及一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法。

背景技术

掺杂是一种简单有效提高氧化铁光电化学水分解性能的方法，较高的退火温度(>500℃)对于激活掺杂原子(有效替位掺杂)至关重要。然而，如何实现既能激活掺杂原子又不损伤衬底的导电性一直是光电化学领域掺杂半导体光阳极材料制备过程中亟待解决的问题。较高的退火温度以及较短的退火时间是提高掺杂的有效性以及保持衬底良好导电性的有效方法。由于传统的马弗炉退火条件下，掺杂的有效性受限，传统的热退火处理需要较高温度(>500℃)和较长时间(～30min)，而长时间的高温加热会破坏衬底的导电性，降低掺杂氧化铁的光电化学水分解性能。而激光退火的加热时间是纳秒级别，加热时间极短，可以在提高掺杂氧化铁性能的同时减少对衬底的破坏。截止到目前，未见有通过激光的方法对掺杂氧化铁进行退火处理，提高其光电化学水分解性能的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法，该处理方法能提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法，包括以下步骤：

在样品固定板中放置掺杂氧化铁薄膜，然后对掺杂氧化铁薄膜进行脉冲激光退火处理；

所述脉冲激光退火处理中，设置激光器的波长为355～600nm，激光脉冲能量为5～30mJ，激光脉冲次数为1～40次，得到激光退火处理后的掺杂氧化铁。

优选的是，所述掺杂氧化铁薄膜是由喷雾热解法、水热法、磁控溅射法、电沉积或旋涂法制备得到的。

优选的是，所述掺杂氧化铁薄膜是由喷雾热解法制备得到的：首先配制掺杂氧化铁的前驱体溶液，其中X:Fe的摩尔比为1:100～1:10，X为钛、锡、硅或锆元素，然后利用喷雾热解法，热盘温度设定为300℃～400℃，喷雾得到样品薄膜，然后将样品薄膜放入马弗炉内450℃～550℃退火30～60min，制备得到掺杂氧化铁薄膜。

优选的是，所述掺杂氧化铁薄膜的掺杂浓度为0.1％～10％。

优选的是，所述脉冲激光退火处理中的激光器为纳秒脉冲激光器。

优选的是，所述激光器的波长为400～550nm。

优选的是，所述激光器的激光脉冲能量为10～20mJ。

本发明的有益效果

本发明提供一种提高掺杂氧化铁光电化学水分解性能的激光处理方法，使用本发明中的激光处理方法，对掺杂氧化铁薄膜进行退火，其光电化学水分解性能明显提高。实验结果表明：以5％钛掺杂氧化铁薄膜为例，经过激光退火处理后其光电流是未进行激光退火的1.83倍，载流子浓度是未进行激光退火的10.07倍，转移能力是未进行激光退火的2倍，本发明的激光退火处理方法可以激活掺杂原子，提高样品的载流子浓度及电荷传输和转移能力。

附图说明

图1是未经处理的5％钛掺杂氧化铁薄膜与实施例1激光退火处理的5％钛掺杂氧化铁薄膜的光电流密度对比图；