基于p与n型硅基片的光解水光阴极的研究

发布时间：2025-06-04 02:02

　　利用半导体材料光电化学分解水,即将太阳能转换成氢气是一种前景光明的技术,因为氢气是一种重要的工业试剂和潜在的未来能源。由于其接近理想的能带结构、优异的电荷载流子传输性质和相对较低的制备成本,Si是应用最广泛的窄带隙半导体。对于光解水系统来说,Si也是一种较为合适的半导体光阴极材料。但是,基于Si基片的光阴极仍然面临着稳定性不佳、表面光吸收不足和表面生成H2反应动力较低等关键挑战。为制备稳定、高效和经济的Si光阴极,必须要探索出相应的策略来克服这些挑战,本论文基于此出发点开展了如下主要研究内容:（1）我们制备了一种高效稳定的多晶p型Si光阴极。多晶Si表面通过两步金属催化化学腐蚀方法制备了纳米类金字塔结构,接着在其表面重掺杂形成n+,并利用原子层沉积制备了超薄Al₂O₃保护层。所制备的纳米类金字塔结构n+p多晶Si光阴极在Al₂O₃薄膜覆盖后能够表现出持续稳定的光电化学制氢,长达100个小时。由于电极表面光反射的降低、表面有效面积和少数载流子寿命的增加,在Pt修饰电极表面后其太阳能到氢气的转换效率能够可...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 概论
    1.2 半导体光催化分解水制氢
        1.2.1 半导体光催化分解水制氢的原理
        1.2.2 半导体光催化分解水制氢的研究进展
    1.3 Si光阴极光催化分解水制氢
        1.3.1 Si的特性
        1.3.2 Si光阴极光催化分解水制氢的研究进展
        1.3.3 Si光阴极光催化分解水制氢的研究策略
    1.4 论文的主要研究内容
    参考文献
第二章 实验用品与样品表征方法
    2.1 实验材料与仪器设备
    2.2 样品结构的表征
        2.2.1 扫描电子显微镜
        2.2.2 透射电子显微镜
        2.2.3 X射线光电子能谱
    2.3 样品性能的表征
        2.3.1 少数载流子寿命
        2.3.2 光学性能表征
        2.3.3 光电化学性能表征
    参考文献
第三章 表面纳米金字塔结构p型多晶Si光阴极特性研究
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 多晶Si纳米金字塔结构的制备
        3.2.2 Al₂O₃薄膜的制备
        3.2.3 Pt颗粒的沉积
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 多晶Si表面纳米金字塔结构的影响
        3.3.2 电极表面Al₂O₃薄膜的影响
        3.3.3 Pt颗粒修饰的影响
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 单晶n型Si光阴极特性研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 电极的制备
        4.2.2 Al₂O₃薄膜的制备
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 n型Si光阴极的原理与结构表征
        4.3.2 Al₂O₃薄膜的作用
        4.3.3 Pt催化剂的作用
        4.3.4 表面重掺杂n+层的作用
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 总结
攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果
致谢



本文编号：4049150