[发明专利]一种新型多功能光电化学反应池

说明书

本发明公开了一种新型多功能光电化学反应池，可实现双面、单面导通的半导体薄膜光电极的光电化学性能测试。同时也可以作为原位Raman光谱学研究的反应池。通过准确控制工作电极的工作面积、与对电极的距离，实现样品光电化学性能的精准测试，并通过正反面入射光测试，实现载流子传输距离的测试分析。本发明不仅结构简单、成本低廉，而且还能保证样品性能测试的准确性，提高研究质量。

技术领域

本发明属于人工光合作用领域，涉及一种多功能光电化学反应池，能够实现半导体薄膜光电极的光电化学性能分析测试，包括光电流、载流子传输距离等，同时该反应池也可实现拉曼光谱的原位研究。

背景技术

人工光合作用模拟了自然界中的光合作用，利用太阳光能将二氧化碳和水转换为氢气和有机物燃料，如甲烷、甲酸、乙醇等，从而实现太阳能到化学能的直接转换，是最有希望从根本上解决能源和环境危机的潜在途径。然而，受限于其核心能量吸收和转换中心—半导体光电极较低的能量转换效率，人工光合作用目前还无法实际推广使用。因此，人工光合作用的研究重心在于开发和设计高效的半导体光电极。

光电极通常是由晶圆或生长在导电基底上的半导体薄膜组成，其光电化学性能研究主要包括：电流-电压响应曲线、开启电势、饱和光电流、量子转换效率，载流子传输距离等。目前，光电极光电化学性能的测试主要是在光电化学反应池中进行的，常规的光电化学反应池主要有以下两种：1.由石英玻璃组成的方形反应池，附带由聚四氟做成的池盖，完成三电极的固定；2.由聚四氟做成的反应器，配备石英光学窗口和样品固定夹具。这两种反应池都有各自的优势，然而其缺陷也是非常的明显，总结目前常用的光电化学反应池，主要存在以下的问题：

1.测试精度低，重复性差

反应池中光电极实际面积以及电极间距难以固定，同时，样品在光斑中位置不固定，导致实际操作接受光照强度不均匀，导致样品性能测试精度低，重复性差；此外，反应池体积较大，需要大量的电解液，同时，由于传质受限，引入了较大的过电势。再者，已有反应池难以实现样品的正面-反面入射光测试，从而无法进行准确的载流子传输距离研究。

2.功能单一，难以实现原位研究

原位的研究样品的光电化学性能以及对应的光谱学性质是当前研究的热点，然而目前的反应池难以匹配测试仪器，需要依赖特制的反应池进行，导致实验条件改变，并非严格意义上的原位研究。

3.极易损耗，增加研究成本

常规石英反应池极易破碎，可重复使用性差；此外石英反应池还面临着强碱性电解液中的稳定性挑战。

因此，作为研究人员，我们期待设计一套全新的光电化学反应池，能够很好地解决上述问题，在确保实验精度和成本的同时提高效率。本发明人结合自己的实际实验经验，经反复的改进后，终于创设出具有使用价值的此项发明。

发明内容

本发明针对目前半导体光电极性能测试中光电化学反应池存在的诸多问题，设计制备出一种新型的多功能光电化学反应池。

本发明要解决的技术问题：

解决现有光电化学反应池由于设计缺陷，导致的光电极性能测试不精确，重复性差，功能单一，以及成本局限性高的问题，提供一种双面通透，样品面积、电极间距固定，重复性强，且适应多种测试环境的易拆卸新型光电化学反应池，助力于推进人工光合作用的研究。

本发明所采用的解决方案：

本发明首先公开了一种多功能光电化学反应池，其包括主腔体、石英窗口、前盖板和后盖板；所述主腔体具有一定厚度，其中心为空腔结构，空腔结构一侧开设有用于固定样品光照面积的第一窗口，相对的另一侧开设有用于设置石英窗口的第二窗口，且环第一窗口和第二窗口均设有用于放置密封胶圈的刻槽；