用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜及雷射誘導換膜的方法
2024-01-21 14:41:15 1
專利名稱：用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜及雷射誘導換膜的方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池技術領域，具體涉及一種用於光陽極的薄膜及雷射誘導換膜的方法。
背景技術：
太陽能轉換是指通過光敏材料從太陽能轉化為化學能和電能的過程，自上世紀80 年代，瑞士洛桑高等工業學校Gratzel的研究小組報導了一種以染料敏化TiO2為光陽極的太陽能電池，在 Nature(1991，353 :737 740)上發表的「A low-cost, high-efficiency solar-cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films，，論文，標誌著染料敏化太陽能電池(DS SC)的誕生，這種電池以TiO2為光陽極，以有機配合物，純有機染料為光敏劑， 理論轉化效率穩定在10%。這種電池的主要缺點是染料價格昂貴，如染料N719的價格為每克8000元，所以，開發新型染料成為研究DS SC的主要方向之一。目前解決這一問題的主要方法是利用貴金屬納米粒子在可見光下發生等離子共振效應，從而產生光生電子，使用金屬-氧化鈦複合結構製作太陽能電池，例如，日本學者 Nishijima 等在 J Phys. Chem. Lett (2010,1，2031-2036)公開的文獻 「Plasmon-Assisted Photocurrent Generation from Visible to Near-Infrared Wavelength Using a Au-Nanorods/Ti02 Electrode」中，在單晶表面沉積Au納米棒陣列，發現Au-TW2結構能夠在可見光-近紅外光範圍內具有光伏性能。但這種方法缺點是非常明顯的，這種Au-TiO2結構是使用電子束光刻技術製備的， 製備時間長，成本昂貴，不能用於大規模、低成本工業化生產。在APPLIED PHYSICS LETTERS 92，233107 Q008)的文獻中，韓國 Shin 等報導了使用雷射誘導工藝製備電極的方法，這種方法使用了由ABC納米技術公司提供的，尺寸為 25nm的銀納米粒子墨作為原料，使用旋塗方法將納米粒子墨沉積在玻璃基體上作為雷射誘導用的源基體。這種誘導換膜用的銀原料成本很高。
發明內容
為克服現有技術中存在的製備時間長、成本昂貴的不足，本發明提出了一種用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜及雷射誘導換膜的方法。本發明提出的光陽極的銀銅雙金屬薄膜中的銀和銅的摩爾比為1 7 1 8。本發明還提出了一種銀銅雙金屬薄膜進行雷射誘導換膜的方法，具體過程如下步驟1，處理鈦箔對鈦箔拋光，並用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗5min。超聲波功率均為200W。步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液。其中拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成。將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液。
電沉積電解液由11.89g/L聚乙二醇、0. 004-0. 014mol/L硝酸銀、 0. 006-0. 016mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成。將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到電沉積電解液。測試電解液由0. Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成。將所述量的硫酸鈉加入50ml 去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液。步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將鈦箔浸入拋光電解液中Imin後用去離子水衝洗試樣表面。將乾燥後的鈦箔放入電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度。 得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜。步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液。通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫lh。在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂。將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C。把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C，得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋。步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L。用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃。將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min。超聲清洗的超聲波功率均為200W。得到清洗乾淨的ITO玻璃。步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜通過電化學工作站，採用三電極體系電沉積銀銅。 將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為2cm。將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接。得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜。沉積恆電位E = -4Vs。e，沉積時間為IOmin。步驟7，雷射誘導換膜採用雷射器雷射誘導換膜。雷射誘導換膜時，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體。將金屬鈦支撐的氧化鈦膜置於沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃下方，進行雷射誘導換膜。雷射誘導換膜中，雷射功率為6 10W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s。 得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。本發明採用三電極體系對所得到的銀銅修飾TiA光陽極進行光伏性質測試。測試中，將鉬網和銀銅修飾TiA光陽極相對應的放置在測試電解液中；將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中；通過鹽橋將測試電解液和飽和氯化鉀電解液連接；使用氙燈模擬太陽光和可見光作照射光源；所述氙燈的光強為IOOmW · cm-2的太陽光譜；採用線性掃描伏安法在-0. 1 1. 2Vsce之間測量氙燈模擬的太陽光和可見光兩種光照下的短路電流-時間曲線；從曲線中短路電流密度和開路電壓的變化情況，獲得銀銅修飾TW2光陽極相比修飾前的光伏性質。本發明是使用雷射誘導換膜(LIFT)製備方法代替電子束光刻技術，使用Ag-Cu雙金屬材料代替Au作表面等離子介質，製備Ag-Cu雙金屬-TW2複合結構的染料敏化太陽能電池光陽極。本發明的光陽極由TiA薄膜和Ag-Cu雙金屬組成，TiA薄膜是金屬鈦支撐的一層氧化膜，相為金紅石相。Ag-Cu雙金屬是通過雷射誘導換膜技術沉積的呈顆粒狀物質，顆粒狀物質的尺寸在5 10 μ m之間，其中有均勻分布的直徑為1 5nm的Ag-Cu納米粒子，相為fee結構銀和fee結構銅。製備上述光陽極的主要特徵是1.採用LSF IOT型雷射器進行雷射誘導換膜加工。本發明的源基體和接收襯底自然放置，改變雷射功率和銀銅薄膜的成分進行試驗。本發明有三個雷射功率，雷射參數為功率選為6-10W，頻率為20KHZ，速率為500mm/s，時間為0. 2s。2.雷射誘導的源基體為銀銅雙金屬薄膜，銀銅雙金屬薄膜的製備，採用三電極體系，利用恆電位法在ITO玻璃上電化學沉積出銀銅納米枝晶，電解液為0. 004-0. 014mol/L 硝酸銀、0. 006-0. 016mol/L硝酸銅，0. lmol/L硝酸鉀和11. 89g/L聚乙二醇，沉積時間600s， 溫度25 0C ο3.接收襯底為金屬鈦支撐的氧化鈦膜。金屬鈦支撐的氧化鈦膜是拋光後的鈦箔放入管式電阻爐中500度左右氧化60分鐘。按照上述方法製備了六種光陽極。使用線性掃描伏安法，測量了在模擬太陽光照和可見光下的電流-電壓曲線。六種光陽極的性能參數見下表，可以發現，經過金屬修飾後的銀銅雙金屬-TW2複合結構光陽極相比修飾前短路電流密度和開路電壓均有較大提高。 短路電流密度和開路電壓越高，表明其光收集效率和電子注入效率越高。不同光陽極在模擬太陽光照和可見光下的電流和電壓值
光陽極結構銀銅摩爾比 (Ag :Cu)雷射功率 (W)短路電流密度(全光照射/可見光) mA.cm·2幵路電壓(全光照射/可見光) VsceTiO2————0.0683 / 0.00240.749 / 0.241AgCu-TiO21 160.366 / 0.005940.675/0.416AgCu-TiO21 180.476/0.011870.889/0.416AgCu-TiO21 1100.555/0.015040.767 / 0.309AgCu-TiO27 380.5178/0.015450.897/0.368AgCu-TiO22 880.3591 /0.00330.808/0.241銀銅修飾TiO2光陽極提高光電轉化效率的反應機理是銀銅粒子修飾有效地拓寬了光陽極上光電子的產生途徑，主要有兩方面，一是納米銀銅粒子吸收的光轉化為表面等離子和電子-空穴對，並將這種激態電子注入到TiO2導帶，增大了光陽極的光收集效率；二是銀銅納米粒子邊緣處電場空間和時間受限，提高了近場強度，促進了銀銅納米粒子在可見光波段的電子激發，提高了電子的注入效率。本發明是綜合現有改性方法，採用低成本工藝實現貴金屬銀銅雙金屬修飾，製備銀銅雙金屬-T^2複合結構的染料敏化太陽能電池光陽極。本發明能夠降低現有技術中對高成本貴金屬的過分依賴，並進一步提高染料敏化太陽能電池的光伏性能，使太陽能更大程度地得到利用，最終達到緩解能源壓力的目的，進一步促進染料敏化太陽能電池技術的綠色低成本發展。
附圖1是銀銅雙金屬修飾TiA光陽極的製備流程圖；附圖2是光陽極的雷射誘導換膜加工的原理圖；附圖3是銀銅雙金屬修飾TW2光陽極的X射線衍射圖；附圖4是不同功率下銀銅雙金屬修飾TW2光陽極的電流-電壓曲線，其中a為全光照射，b為可見光照射；附圖5是不同銀銅成分下的銀銅修飾光陽極的電流-電壓曲線，其中a為全光照射，b為可見光照射。附圖中1.雷射束2.沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃3.金屬鈦支撐的氧化鈦膜
具體實施例方式實施實例1本實施例是一種銀銅雙金屬薄膜修飾TiO2光陽極，修飾的光陽極尺寸為 IcmX Icm0本實施例提出的光陽極的銀銅雙金屬薄膜中銀和銅的摩爾比為1 1。本實施例還提出了一種光陽極薄膜雷射誘導換膜的方法，是利用上述銀和銅雙金屬薄膜通過雷射誘導換膜的方法修飾T^2光陽極，其具體過程如下步驟1，處理鈦箔將鈦箔切割成IcmX 5cm的小條，拋光，用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗5min ；超聲波功率均為200W。步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液。拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成；將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液。電沉積電解液由 11. 89g/L聚乙二醇、0. 01mol/L硝酸銀、0. 01mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成；將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加入50ml去離子水中並攪拌均勻， 得到電沉積電解液。測試電解液由0. Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成；將所述量的硫酸鈉加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液。所述的氫氟酸和硝酸為液體狀，所述的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅、硝酸鉀和硫酸鈉均為顆粒狀。步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將經步驟1處理的鈦箔浸入拋光電解液中 Imin後用去離子水衝洗試樣表面，去除鈦箔表面的拋光電解液。清洗後鈦箔自然乾燥。將乾燥後的鈦箔放入管式電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度。得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜3。步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液。通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫Ih ；在保溫的同時，在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂。將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C。將直徑為5-6mm的玻璃管彎成U形管，把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C，得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋。步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃切割成IcmX 5cm的長條狀，在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L,以增加ITO玻璃基體的親水性。用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃。將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min。超聲清洗的超聲波功率均為200W。得到清洗乾淨的ITO玻璃步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜利用CHI660C電化學工作站，採用三電極體系。所述的三電極體系是以ITO玻璃為工作電極，鉬網為輔助電極，飽和甘汞為參比電極。將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為2cm。 將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。將鹽橋的兩端分別浸入電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液中，通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接，得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜。本實施例中，沉積溫度為室溫，沉積恆電位E = _4VseE，沉積時間為 IOmin0步驟7，雷射誘導換膜利用LSF IOT型雷射器，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜3作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體。將金屬鈦支撐的氧化鈦膜3 和沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃2置於雷射束1下方，進行雷射誘導換膜。雷射誘導換膜中， 雷射功率為8W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s。得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。實施實例2本實施例是一種銀銅雙金屬薄膜修飾TiO2光陽極，修飾的光陽極尺寸為 IcmX Icm0本實施例提出的光陽極的銀銅雙金屬薄膜中銀和銅的摩爾比為7 3。本實施例還提出了一種光陽極薄膜雷射誘導換膜的方法，是利用上述銀和銅雙金屬薄膜通過雷射誘導換膜的方法修飾T^2光陽極，其具體過程如下步驟1，處理鈦箔將鈦箔切割成IcmX 5cm的小條，拋光，用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗5min ；超聲波功率均為200W。步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液。拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成；將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液。電沉積電解液由 11. 89g/L聚乙二醇、0. 014mol/L硝酸銀、0. 006mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成；將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到電沉積電解液。測試電解液由0. Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成；將所述量的硫酸鈉加50ml去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液。所述的氫氟酸和硝酸為液體狀，所述的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅、硝酸鉀和硫酸鈉均為顆粒狀。步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將經步驟1處理的鈦箔浸入拋光電解液中 Imin後用去離子水衝洗試樣表面，去除鈦箔表面的拋光電解液。清洗後鈦箔自然乾燥。將乾燥後的鈦箔放入管式電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度。得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜3。步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液。通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫Ih ；在保溫的同時，在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂。將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C。將直徑為5-6mm的玻璃管彎成U形管，把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C，得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋。步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃切割成IcmX 5cm的長條狀，在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L,以增加ITO玻璃基體的親水性。用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃。將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min。超聲清洗的超聲波功率均為200W。得到清洗乾淨的ITO玻璃步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜利用CHI660C電化學工作站，採用三電極體系。所述的三電極體系是以ITO玻璃為工作電極，鉬網為輔助電極，飽和甘汞為參比電極。將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為2cm。 將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。將鹽橋的兩端分別浸入電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液中，通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接，得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜。本實施例中，沉積溫度為室溫，沉積恆電位E = _4VseE，沉積時間為 IOmin0步驟7，雷射誘導換膜利用LSF IOT型雷射器，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜3作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體。將金屬鈦支撐的氧化鈦膜3 和沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃2置於雷射束1下方，進行雷射誘導換膜。雷射誘導換膜中， 雷射功率為6W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s。得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。實施實例3本實施例是一種銀銅雙金屬薄膜修飾TiO2光陽極，修飾的光陽極尺寸為 IcmX Icm0本實施例提出的光陽極的銀銅雙金屬薄膜中銀和銅的摩爾比為2 8。本實施例還提出了一種光陽極薄膜雷射誘導換膜的方法，是利用上述銀和銅雙金屬薄膜通過雷射誘導換膜的方法修飾T^2光陽極，其具體過程如下步驟1，處理鈦箔將鈦箔切割成IcmX 5cm的小條，拋光，用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗5min ；超聲波功率均為200W。步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液。拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成；將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液。電沉積電解液由 11. 89g/L聚乙二醇、是0. 004mol/L硝酸銀、0. 016mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成；將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到電沉積電解液。測試電解液由0. Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成；將所述量的硫酸鈉加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液。所述的氫氟酸和硝酸為液體狀， 所述的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅、硝酸鉀和硫酸鈉均為顆粒狀。步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將經步驟1處理的鈦箔浸入拋光電解液中 Imin後用去離子水衝洗試樣表面，去除鈦箔表面的拋光電解液。清洗後鈦箔自然乾燥。將乾燥後的鈦箔放入管式電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度。得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜3。步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液。通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫Ih ；在保溫的同時，在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂。將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C。將直徑為5-6mm的玻璃管彎成U形管，把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C，得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋。步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃切割成IcmX 5cm的長條狀，在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L,以增加ITO玻璃基體的親水性。用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃。將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min。超聲清洗的超聲波功率均為200W。得到清洗乾淨的ITO玻璃步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜利用CHI660C電化學工作站，採用三電極體系。所述的三電極體系是以ITO玻璃為工作電極，鉬網為輔助電極，飽和甘汞為參比電極。將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為2cm。 將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。將鹽橋的兩端分別浸入電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液中，通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接，得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜。本實施例中，沉積溫度為室溫，沉積恆電位E = _4VseE，沉積時間為 IOmin0步驟7，雷射誘導換膜利用LSF IOT型雷射器，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜3作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體。將金屬鈦支撐的氧化鈦膜3 和沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃2置於雷射束1下方，進行雷射誘導換膜。雷射誘導換膜中， 雷射功率為10W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s。得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。實施實例4本實施例是一種銀銅雙金屬薄膜修飾TiO2光陽極，修飾的光陽極尺寸為 IcmX Icm0本實施例提出的光陽極的銀銅雙金屬薄膜中銀和銅的摩爾比為4 6。本實施例還提出了一種光陽極薄膜雷射誘導換膜的方法，是利用上述銀和銅雙金屬薄膜通過雷射誘導換膜的方法修飾T^2光陽極，其具體過程如下步驟1，處理鈦箔將鈦箔切割成IcmX 5cm的小條，拋光，用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗5min ；超聲波功率均為200W。步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液。拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成；將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液。電沉積電解液由 11. 89g/L聚乙二醇、是0. 008mol/L硝酸銀、0. 012mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成；將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加50ml去離子水中並攪拌均勻，得到電沉積電解液。測試電解液由0. Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成；將所述量的硫酸鈉加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液。所述的氫氟酸和硝酸為液體狀，所述的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅、硝酸鉀和硫酸鈉均為顆粒狀。步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將經步驟1處理的鈦箔浸入拋光電解液中 Imin後用去離子水衝洗試樣表面，去除鈦箔表面的拋光電解液。清洗後鈦箔自然乾燥。將乾燥後的鈦箔放入管式電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度。得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜3。
步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液。通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫Ih ；在保溫的同時，在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂。將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C。將直徑為5-6mm的玻璃管彎成U形管，把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C，得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋。步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃切割成IcmX 5cm的長條狀，在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L,以增加ITO玻璃基體的親水性。用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃。將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min。超聲清洗的超聲波功率均為200W。得到清洗乾淨的ITO玻璃步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜利用CHI660C電化學工作站，採用三電極體系。所述的三電極體系是以ITO玻璃為工作電極，鉬網為輔助電極，飽和甘汞為參比電極。將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為2cm。 將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。將鹽橋的兩端分別浸入電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液中，通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接，得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜。本實施例中，沉積溫度為室溫，沉積恆電位E = _4VseE，沉積時間為 IOmin0步驟7，雷射誘導換膜利用LSF IOT型雷射器，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜3作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體。將金屬鈦支撐的氧化鈦膜3 和沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃2置於雷射束1下方，進行雷射誘導換膜。雷射誘導換膜中， 雷射功率為8W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s。得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。本發明採用三電極體系對上述實施例中所得到的銀銅修飾TW2光陽極進行光伏性質測試。光伏性質測試在室溫下進行，使用CHI660C型電化學工作站進行數據採集。測試採用三電極體系。所述的三電極體系是以銀銅修飾TiO2光陽極為陰極，鉬網為陽極，飽和甘汞為參比電極，電解池選用石英燒杯。將鉬網和銀銅修飾TW2光陽極相對應的放置在測試電解液中；將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中。將鹽橋的兩端分別浸入測試電解液和飽和氯化鉀電解液，通過鹽橋將測試電解液和飽和氯化鉀電解液連接。使用氙燈模擬太陽光和可見光作照射光源；所述氙燈可以產生光強為IOOmW ^nT2的太陽光譜。採用線性掃描伏安法在-0. 1 1. 2Vsce之間測量氙燈模擬的太陽光和可見光兩種光照下的短路電流-時間曲線。從曲線中短路電流密度和開路電壓的變化情況，獲得銀銅修飾T^2光陽極相比修飾前的光伏性質。
權利要求
1.一種用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜，其特徵在於，所述銀銅雙金屬薄膜中的銀和銅的摩爾比為1 7 1 8 ；
2.一種利用權利要求1所述用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜進行雷射誘導換膜的方法， 其特徵在於，具體過程如下步驟1，處理鈦箔對鈦箔拋光，並用丙酮、無水乙醇和去離子水依次各超聲波清洗 5min ；超聲波功率均為200W ；步驟2，配製電解液所述的電解液包括拋光電解液、電沉積電解液和測試電解液； 其中拋光電解液由質量比為5%的氫氟酸、45%的硝酸和50%的去離子水組成；將所述量的氫氟酸和硝酸依次加入去離子水中並攪拌均勻，得到拋光用的電解液；電沉積電解液由 11. 89g/L聚乙二醇、0. 004-0. 014mol/L硝酸銀、0. 006-0. 016mol/L硝酸銅、0. lmol/L硝酸鉀和去離子水組成；將所述量的聚乙二醇、硝酸銀、硝酸銅和硝酸鉀依次加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到電沉積電解液；測試電解液由O.Olmol/L硫酸鈉和去離子水組成；將所述量的硫酸鈉加入50ml去離子水中並攪拌均勻，得到測試電解液；步驟3，製備金屬鈦支撐的氧化鈦膜將鈦箔浸入拋光電解液中Imin後用去離子水衝洗試樣表面；將乾燥後的鈦箔放入電阻爐中氧化Ih並隨爐冷卻，氧化溫度為500度；得到金屬鈦支撐的氧化鈦膜；步驟4，製備鹽橋把90g的硝酸鉀顆粒溶解在IOOg去離子水中，得到硝酸鉀溶液；通過水浴鍋將硝酸鉀溶液加熱至60°C並保溫Ih ；在硝酸鉀溶液中加入質量為9. 5g的瓊脂； 將添加有瓊脂的硝酸鉀溶液升溫至90°C ；把溶解的硝酸鉀溶液灌入U形管中，冷卻到20°C， 得到裝有硝酸鉀和瓊脂固體混合物的鹽橋；步驟5，清洗ITO玻璃將ITO玻璃在氫氧化鈉溶液中浸泡15min，所述的氫氧化鈉溶液中，氫氧化鈉的含量為0. 5mol/L ；用去離子水衝洗浸泡後的ITO玻璃；將ITO玻璃依次在丙酮溶液和去離子水中超聲清洗15min ；超聲清洗的超聲波功率均為200W ；得到清洗乾淨的 ITO玻璃；步驟6，製備銀銅雙金屬薄膜通過電化學工作站，採用三電極體系電沉積銀銅；將鉬網和ITO玻璃相對應的放置在電沉積電解液中，鉬網和ITO玻璃相鄰表面之間的距離為 2cm ；將飽和甘汞電極放置在飽和氯化鉀電解液中；通過鹽橋將電沉積電解液和飽和氯化鉀電解液連接；得到沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜；沉積恆電位E = _4VS。E，沉積時間為IOmin ；步驟7，雷射誘導換膜採用雷射器雷射誘導換膜；雷射誘導換膜時，以金屬鈦支撐的氧化鈦膜作為接收襯底，以沉積在ITO玻璃上的銀銅雙金屬薄膜作為源基體；將金屬鈦支撐的氧化鈦膜置於沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃下方，進行雷射誘導換膜；雷射誘導換膜中， 雷射功率為6 10W，雷射頻率為20KHZ，雷射速率為500mm/s，雷射誘導時間為0. 2s ；得到銀銅雙金屬薄膜修飾TW2光陽極。
全文摘要
一種用於光陽極的銀銅雙金屬薄膜及雷射誘導換膜的方法。所述的銀銅雙金屬薄膜中，銀和銅的摩爾比為1～7∶1～8。本發明以雷射誘導換膜製備方法代替電子束光刻方法，使用Ag-Cu雙金屬材料代替Au作表面等離子介質，製備Ag-Cu雙金屬-TiO2複合結構的染料敏化太陽能電池光陽極。本發明以金屬鈦支撐的氧化鈦膜作為接收襯底，以銀銅薄膜作為源基體；將金屬鈦支撐的氧化鈦膜置於沉積有銀銅薄膜的ITO玻璃下方，進行雷射誘導換膜。本發明能夠降低現有技術中對高成本貴金屬的過分依賴，並進一步提高染料敏化太陽能電池的光伏性能，使太陽能更大程度地得到利用，最終達到緩解能源壓力的目的，進一步促進染料敏化太陽能電池技術的綠色低成本發展。
文檔編號C25D5/10GK102304735SQ20111024656
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者劉婧, 陳福義 申請人:西北工業大學