【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电极材料领域，特别是涉及一种基于n-gaas衬底上的cuscn的悬涂方法、甘油@pedot:pss掺杂悬涂终产物复合结构及其应用。
技术介绍
1、光电化学（photoelectrochemical，pec）分解水制氢能够将太阳能有效地转换和存储为清洁的、可再生的氢能。近年来，ⅲ-ⅴ族化合物纳米柱在pec分解水领域具有广阔的应用前景，相较于宽禁带半导体gan、aln，gaas、inn等窄禁带半导体表现出更强的吸光能力与光响应。其中n-gaas的导带底位置（cbm：4.00 ev vs. vac）很适合用于pec析氢光电极，与甘油@pedot:pss正好可以组成ⅱ型p-n异质结。但是由于表面态积聚、光生载流子积累等问题，光电极的pec分解水性能存在着较大的瓶颈，目前制氢效率不高，离工业化生产仍存在着一定距离。
2、构建异质结是提升器件性能的一种有效手段。目前，常用的通过提高pec分解水性能的方法有如下几种：
3、现有文献公开了一种采取(nh4)2s以及mos2等硫化物联合钝化ⅲ-ⅴ族半导体gaas/ingap2的应用实例（lim, h., young, j.l., geisz, j.f. et al. highperformance iii-v photoelectrodesfor solar water splitting viasynergistically tailored structure and stoichiometry. nat commun 10, 3388(2019).），
4、现有文献公开了一种通过外延剥离和转移技术在柔性基底上制备 ingap/gaas异质结的应用实例（varadhan p, fu h c, kao y c , et al. an efficient and stablephotoelectrochemicalsystem with 9% solar-to-hydrogen conversion efficiencyvia ingap/gaas double junction[j]. nature communications, 2019, 10(1)）。作者成功组装了“人工绿叶”器件，实现了9%的sth效率。该器件具备高效、稳定和柔性等特点，ingap/gaas光阳极的pec光电极展示出9%的sth效率和长达150小时的稳定性。但是，该种异质结的制备方法较为复杂，所需的设备与时间成本非常高，不利于技术的大规模应用。
技术实现思路
1、为克服目前传统载流子传输效率低下、技术的高成本、提升效果不明显等瓶颈，本专利技术的目的在于提供一种基于n-gaas/cuscn/甘油@pedot:pss 的pec光电极及其制备与应用。本专利技术的制备方法，工艺简单、成本低；同时，该产物可以实现高载流子传输效率，大幅度强化光电极的析氢性能，为其它半导体复合催化材料的制备提供了一种新型的思路。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
3、一种pec光电极，包括自下而上的背面电极、n-gaas衬底和甘油@pedot:pss层。
4、优选的，在n-gaas衬底和甘油@pedot:pss层之间还有空穴传输层；所述空穴传输层的材料为cuscn。
5、优选的，所述甘油@pedot:pss层中掺杂体积比为甘油：pedot:pss=2：1-1：1，进一步优选为2：1、1.5：1、1：1，最优选为2：1。
6、优选的，所述背面电极、n-gaas衬底、甘油@pedot:pss层、空穴传输层的厚度分别为80-120nm、250-300μm、100-150nm、100-150nm。
7、进一步优选的，所述背面电极、n-gaas衬底、甘油@pedot:pss层、空穴传输层的厚度分别为120nm、300μm、100nm、100nm。
8、优选的，所述n-gaas衬底为重度n型掺杂砷化镓，掺杂浓度为5.1×1019cm-3~5.8×1019cm-3。
9、优选的，所述背面电极为ti、au中的一种或多种。
10、以上任一项所述的一种pec光电极的制备方法，包括以下步骤：
11、（1）在n-gaas衬底上悬涂cuscn溶液；
12、（2）在步骤（1）所得的n-gaas/cuscn上进一步悬涂甘油@pedot:pss，悬涂后在加热板上退火。
13、优选的，步骤（1）所述n-gaas衬底要经过清洗处理，首先用有机溶剂除去衬底表面的有机污染物，然后用盐酸处理n-gaas衬底以处理表面氧化层，最后用高纯干燥氮气吹干；所述用有机溶剂除去n-gaas衬底表面的有机污染物是依次在丙酮、无水乙醇中旋洗，之后用水漂洗干净；所述盐酸的浓度为5wt%~20 wt%。
14、优选的，步骤（1）所述n-gaas衬底为重度n型掺杂砷化镓，掺杂浓度达5.1×1019cm-3~5.8×1019cm-3。
15、优选的，重度掺杂的一般标准为>1e18cm^-3。
16、优选的，步骤（1）所述cuscn溶液浓度为0.1mol/l。
17、优选的，步骤（1）所述悬涂后的cuscn薄膜需要室温等待10min风干。
18、优选的，步骤（1）所述悬涂工艺的具体条件为：1000-4000rpm/min转速下30-60s。
19、进一步优选的，步骤（1）所述悬涂工艺的具体条件为：4000rpm/min转速下30s。
20、优选的，步骤（2）所述甘油@pedot:pss掺杂体积比为甘油：pedot:pss=2：1。
21、优选的，步骤（2）所述甘油@pedot:pss的具体悬涂条件为第一步预转500-1000rpm转速下5-10s甩去较大的团簇；第二步1000-6000rpm转速下30-60s制成。
22、进一步优选的，步骤（2）所述甘油@pedot:pss的具体悬涂条件为第一步预转500rpm转速下5s甩去较大的团簇；第二步6000rpm转速下30s制成。
23、优选的，步骤（2）所述退火的具体条件为：在140-160℃退火10-20min，以去除过量的掺杂甘油。
24、进一步优选的，步骤（2）所述退火的具体条件为：在140℃退火10min，以去除过量的掺杂甘油。
25、以上任一项所述的一种pec光电极在光电催化制氢中的应用。
26、优选的，pec光电极在光电解水产氢中的应用。
27、本专利技术采用悬涂处理法，对n-gaas衬底进行多次悬涂处理，所述n-gaas衬底为重度n型掺杂砷化镓，掺杂浓度达5.1×1019cm-3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PEC光电极，其特征在于，包括自下而上的背面电极、n-GaAs衬底和甘油@PEDOT:PSS层。
2.根据权利要求1所述的一种PEC光电极，其特征在于，在n-GaAs衬底和甘油@PEDOT:PSS层之间还有空穴传输层；所述空穴传输层的材料为CuSCN。
3.根据权利要求1或2所述的一种PEC光电极，其特征在于，所述甘油@PEDOT:PSS层中掺杂体积比为甘油：PEDOT:PSS=2：1-1：1。
4.根据权利要求3所述的一种PEC光电极，其特征在于，所述背面电极、n-GaAs衬底、甘油@PEDOT:PSS层、空穴传输层的厚度分别为80-120nm、250-300μm、100-150nm、100-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种PEC光电极，其特征在于，所述n-GaAs衬底为重度n型掺杂砷化镓，掺杂浓度为5.1×1019cm-3~5.8×1019cm-3。
6.根据权利要求1所述的一种PEC光电极，其特征在于，所述背面电极为Ti、Au中的一种或多种。
7.权利要求1-6任一项所述的一种PEC光
8.根据权利要求7所述的一种PEC光电极的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的一种PEC光电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述退火的具体条件为：在140-160℃退火10-20min，以去除过量的掺杂甘油。
10.权利要求1-6任一项所述的一种PEC光电极在光电催化制氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种pec光电极，其特征在于，包括自下而上的背面电极、n-gaas衬底和甘油@pedot:pss层。
2.根据权利要求1所述的一种pec光电极，其特征在于，在n-gaas衬底和甘油@pedot:pss层之间还有空穴传输层；所述空穴传输层的材料为cuscn。
3.根据权利要求1或2所述的一种pec光电极，其特征在于，所述甘油@pedot:pss层中掺杂体积比为甘油：pedot:pss=2：1-1：1。
4.根据权利要求3所述的一种pec光电极，其特征在于，所述背面电极、n-gaas衬底、甘油@pedot:pss层、空穴传输层的厚度分别为80-120nm、250-300μm、100-150nm、100-150nm。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，王俊锟，梁杰辉，谢少华，王燕玲，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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