[发明专利]一种全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系及其应用

权利要求书

1.一种全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，该体系包括光阳极、光阴极、电解液、光源、电解池，所述光阳极的结构依次为衬底层、n/i/p结构的单节硅薄膜、氧化物薄膜，所述光阴极的结构依次为衬底层、p/i/n结构的单节硅薄膜、产氢金属纳米颗粒薄膜，所述的电解液为0.5～1.2M的KOH溶液；将所述的光阳极与光阴极采用硅胶封装出相同面积的电极，插入电解池中，内含有0.5～1.2M的KOH溶液，并且通过外电路导线连通；开启光源平行照射所述的光阳极和光阴极，此时所述的光阳极和光阴极表面分别发生氧化与还原反应并通过外电路形成回路，从而实现无偏压光电催化全分解水产氢。

2.根据权利要求1所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，n/i/p结构的单节硅薄膜或p/i/n结构的单节硅薄膜，其中n层厚度为60-80nm，i层厚度300-400nm，p层厚度为20-40nm。

3.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于,所述衬底包括透明导电玻璃或柔性不锈钢或高分子薄膜。

4.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，所述氧化物包括CoOx、NiOx、RuOx、NiFeOx，其中x为1-2.5。

5.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，所述产氢金属包括Pt、Ni或其合金或过渡金属化合物。

6.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，所述的光阳极制备方法如下：1)利用甚高频等离子气相沉积设备依次在清洗干净后衬底上沉积n型硅薄膜、本征硅薄膜和p型硅薄膜，获得n/i/p结构的单节硅薄膜；其中，在腔室中通入SiH₄和氢气，在衬底上生成本征硅薄膜；而且通过掺杂磷烷，硼烷气体，制备n型硅薄膜，p型硅薄膜，2)利用磁控溅射方法制备氧化物薄膜作为产氧催化剂也作为保护层担载在具有n/i/p结构的硅薄膜表面，形成氧化物/nip光阳极。

7.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，所述的光阴极制备方法如下：1)利用甚高频等离子气相沉积设备依次在清洗干净后衬底上沉积p型硅薄膜、本征硅薄膜和n型硅薄膜，获得p/i/n结构的单节硅薄膜；其中，在腔室中通入SiH₄和氢气，在衬底上生成本征硅薄膜；而且通过掺杂磷烷，硼烷气体，制备n型硅薄膜，p型硅薄膜，2)利用磁控溅射方法制备产氢金属纳米颗粒薄膜作为助催化剂，也作为保护层担载在具有p/i/n结构的单节硅薄膜表面，形成产氢催化剂/pin光阴极。

8.根据权利要求1或2所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，单节硅薄膜无论光阳极还是光阴极都采用双节或三节硅薄膜代替。

9.根据权利要求8所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系，其特征在于，双节硅薄膜为：非晶硅/纳晶硅，非晶硅/非晶硅，非晶硅/硅锗中的任一种；三节硅薄膜为：非晶硅/非晶硅/非晶硅，非晶硅/纳晶硅/硅锗，非晶硅/非晶硅/硅锗中的任一种。

10.权利要求1-9中任意一项权利要求所述全薄膜硅半导体双电极无偏压光电催化全分解水产氢的体系在太阳能制氢中的应用。