N/P Si-WxO1-x异质结光催化器件的制备与表征

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自十九世纪七十年代Honda-Fujishima发现将H2O分解为H2和O2以来,提高H2O的分解效率一直是科学家们研究的热点。在光催化水分解中,催化剂的选取及催化器件的结构是提高光催化效率的两个关键因素。WxO1-x作为一种宽带隙且在酸性环境中稳定的n型半导体,是光催化的热门材料之一。但是由于WxO1-x的带隙在2.7 eV~2.9 eV间,对光利用率小,单纯的WxO1-x很难得到高的光催化效率。所以将WxO1-x与带隙小的p型半导体结合形成异质结结构,可以提高光的利用率及光催化效率。在异质结结构中n型半导体WxO1-x作为光阳极产生O2,p型半导体则产生H2。但是由于能级不匹配,两半导体接触面间产生的肖特基势垒不利于电子传输,从而导致催化效率低。所以在不同的半导体间引入硅化物,降低肖特基势垒。除此以外,当额外提供偏压时也能提高光催化效率,利用P/N结Si取代n型半导体,可以利用其光伏效应提供偏压提高光催化效率。在催化过程中此器件无需外部电源就能提高光催化效率。  本论文研究在半成品晶硅太阳能电池上(P/N结)沉积Co-W合金然后利用退火去除Co,从而在Si与WxO1-x之间形成Co-Si化物,降低异质结产生的势垒并提高能量转换效率。由于W不能直接从其盐溶液中电化学沉积出来,但是W能与其他的金属如:Ni、Co、Fe等一起与柠檬酸根离子(Citrate)以配合物的形式共同电化学沉积出来。本研究首先采取电化学方法沉积Co-W合金,然后经过去合金及氧化的方法获得WxO1-x薄膜。并通过不同的表征方式如:X-射线荧光光谱(XRD)、X-射线衍射分析(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、椭偏仪等表征方法来分析WxO1-x的形成机理及WxO1-x的光电性能。为提高WxO1-x薄膜的光催化效率,本研究将宽禁带的WxO1-x与窄禁带的半成品晶硅太阳能电池片结合,用半成品晶硅太阳能电池片的光伏效应提供光催化所需的电压,提高光催化效率。本实验制得的N/P Si-WxO1-x异质结光催化器件光电流提高了10%。
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