太阳能光电化学转换中的几个问题

自1972年本多等用n-TiO_2光阳极进行光助电解水以来,以半导体电极为吸光体的太阳能光电化学转换的研究工作蓬勃兴起,国内自1978年开始,也开展了这一新领域的工作。本文仅就半导体电极的研究趋向、多晶与单晶电极的特点、半导体液结的稳定性、金属薄层对半导体的保护、异结电极的能带匹配等,结合我们对半导体硅的研究加以综述。     

外延p-Si中的高-低结对光电化学转换效率的影响

本文采用p⁺/p-Si作为光阴极进行了光电化学电池和光助析氢电池的研究,光转换效率分别达到了7.4%(V^2+/3+电对)和7.8%(Co—W修饰),并讨论了导致高效率的原因,强调了高-低结对于改善半导体光电极性能的重要性。     

具有金属薄层的p-Si阴极在碱溶液中的光电化学性能

本文用循环伏安曲线和恒电位极化方法考察了具有金属薄层的p型单晶外延硅(p⁺/p-Si)阴极在碱溶液中的光电化学性能。结果表明,镀有钨-镍合金层的p⁺/p-Si阴极和镀有钯的p⁺/p-Si阴极,使氢析出的光电流明显增加。前者的电位比光电流达到相同值的空白p⁺/p-Si电极向正方移动了0.3V以上,后者移动0.25V。同时对p型外延硅(p⁺/p-Si)阴极比p型单晶硅(p-Si)阴极光响应较大的实验结果作了初步解释。扫描电镜结果显示,钨-镍合金沉积层是由许多不连续的“团块”构成的,而不是连续层。     

用半导体高-低结概念对氧化银(Ⅱ)阴极过程所作的一种新解释

在半导体中, 由于掺杂水平的不同, 在同种导电类型的半导体之间会形成一种被称为高-低结的势垒, 也会象p-n结一样表现出一定程度的整流特性。由于这一势垒的存在, 半导体中载流子的运动受到一个附加电场的作用, 它们的运动规律与没有高-低结时相比有所不同, 因此造成这种半导体电性质比较特殊。如带有高-低结的p~+/p-Si光阴极具有良好的光电转换性能~[1], 效率较高。在一些电极反应过程中, 由于反应中间物质的形成也会构成一定程度的高-低结。本文首次将半导体固结的概念引入电化学, 研究了AgO电极的放电过程。用高-低结机理满意地解释了一些现行理论所不能解释的现象。     

n^+-Si在HF溶液中的阳极极化行为和阻抗谱

n^+-Si在0.25～1.0%HF溶液中无光照和光照下的伏安曲线均明显地分为三段:在低极化下呈线性关系, 对应于硅的阳极溶解, 形成多孔硅层(PSL); 在中间电位区, 电极部分表面为硅氧化物所覆盖, 阳极溶解和非均匀电抛光过程同时进行; 在高极化区, 全部表面为硅氧化物所覆盖, 发生均匀的电抛光过程。在上述三个区域中由交流阻抗测得的特征电容环和电感应环的变化, 揭示了由单一阳极溶解逐渐转变为均匀抛光过程的一些细节, 定性地说明了n^+-Si上进行的竞争性反应的速率是随电位而改变, 并受光照影响。     

金属修饰半导体硅组成光电化学电池的研究

本文以n/n^+-Si和p/n^+-Si为基底, 通过铂、镍等金属膜表面修饰后组成光电化学电池, 探讨了金属/n-Si间的Schottky势垒对电池开路光电压的影响。研究了铂膜修饰电极的光电化学性能。用p/n^+-Si电极, 在65mW·cm^-^2的光照射下, 最佳电池的输出参数是: 开路光电压0.530V, 短路光电流47.6mA·cm^-^2, 填充因子0.35, 光电转换效率13.6%, 连续照光75小时, 电池性能基本稳定。     

作为氧电极材料的Nd_(0.8)Sr_(0.2)CoO_3的研究

研究了予阳极极化对Nd_(0.8)Sr_(0.2)CoO_3及Nd_(0.8) Sr_(0.2)CoO_3——活性碳混合催化剂上,氧的阴极极化曲线的影响。实验结果初步表明,在Nd_(0.8) Sr_(0.2)CoO_3上,可能是氧离子反应机理。而在混合催化剂上,则可能氧离子反应与“协作反应”同时进行,以后者为主。     

聚苯胺修饰电极的研究

讨论了用电化学聚合法在铂、玻碳以及在p 型和n 型外延硅电极上生成聚苯胺膜的条件、膜的电活性与其变色性之间的关系。在有铂溅射薄层的n~+/p—Si光阳极上、膜的附着性较牢固、它使光阳极的稳定性得到改进。     

在双层金属修饰的n~+/p-Si光阳极上的催化析氧

n-Si光阳极极化时,很容易生成绝缘的SiO_2层,导致光钝化。Bard A.J.和NozikA.J.等用导电的聚吡咯膜和聚苯胺膜保护后,n-Si光阳极在许多氧化-还原电对的溶液中,稳定性得到改进,但膜容易氧化,仍不能进行水的光氧化反应。本文报导在n~+/p-Si片上,先溅射40左右的铂层,再电镀一薄层钨-镍合金后,光阳极可具有较高和较稳定的析氧速度。     

镍铂修饰n型硅电极光电解析氧

本文以n/n^+-Si半导体为基底, 通过碱溶液刻蚀处理和Ni/Pt双层金属膜表面修饰后作为光阳极, 用于1.0mol·dm^-^3KOH溶液中光助电解水析氧。在恒电势1.0V(相对HgO/Hg电极)和90mW·cm^-^2光照射下, 最佳电极的析氧电流达到65.2mA·cm^-^2, 稳定性实验表明, 连续光照不超过200小时, 光电极具有良好的抗腐蚀性。对电极表面进行了X-光电子能谱(ESCA)分析。