一种半透明的氮化钽光阳极及其制备方法

本发明属于光电催化水分解光电极材料制备，具体涉及一种半透明的氮化钽光阳极及其制备方法。

背景技术：

1、1972年，fujishima和honda利用二氧化钛作为光阳极，首次证明了利用光电化学系统从水中生产氢气和氧气的可能性，光电催化(photoelectrochemical,pec)水分解的概念也由此提出。自此之后，越来越多的科学家开始寻找和研究合适的半导体材料，来实现太阳能到清洁能源的转变。透明的ta3n5光阳极是串联型光电化学电池正面光电极的一个很有希望的候选材料，它可以提供较高的太阳能产氢(solar-to-hydrogen,sth)效率，近年来已经受到了越来越多课题组的关注。

2、ta3n5光阳极通常在高温(接近1000℃)的氨气(nh3)气氛中加热ta前驱体化合物来制备，但是，这种高温氮化方法需要精确控制氮化温度、气流量和反应时间，且苛刻的氮化过程降低了透明导电化合物的导电性和可见光透明度，使其难以获得高效的ta3n5透明光阳极。之前，有研究人员直接在绝缘基底上制备透明的ta3n5光阳极，由于氮化温度较高，ta3n5会发生氧化导致光生电流密度较低。此外，在pec水分解反应过程中，仅仅依靠ta3n5自身的导电性也很难实现好的pec水分解性能。因此，需要寻找一种合适的方法来同时提高ta3n5光阳极的透明性并解决直接在绝缘基底上制备的ta3n5光阳极导电性差的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种半透明的氮化钽光阳极及其制备方法，既提升了氮化钽光阳极的透明性，又解决直接在绝缘基底上制备的氮化钽光阳极导电性差问题。

2、本发明提供技术方案如下：

3、一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，包括步骤如下：

4、步骤1、清洗透明基底；

5、步骤2、采用负胶光刻法在透明基底上制备叉指电极图案；

6、步骤3、利用电子束共蒸发沉积系统，在有叉指电极图案的透明基底上制备nb2o5前驱体薄膜；

7、步骤4、高温氮化nb2o5前驱体薄膜，制备得到nbnx薄膜；

8、步骤5、利用双源电子束共蒸发沉积系统在nbnx薄膜上制备梯度mg掺杂ta2o5前驱体薄膜；

9、步骤6、高温氮化mg:ta2o5/nbnx前驱体薄膜，制备得到mg:ta3n5/nbnx薄膜；

10、步骤7、使用导电银浆将导电线与mg:ta3n5/nbnx薄膜四周nbnx暴露的地方粘连在一起，并使用凝固胶将导电银浆封装覆盖，形成欧姆接触，制备得到mg:ta3n5/nbnx光阳极。

11、一种半透明的氮化钽光阳极，利用上述半透明的氮化钽光阳极的制备方法制得。

12、本发明提供的一种半透明的氮化钽光阳极及其制备方法，是利用负胶光刻法、电子束共蒸发沉积法和高温氮化法在透明的基底(如石英和蓝宝石等)基底上引入半透明的nbnx导电层，随后在半透明的nbnx导电层上沉积梯度mg掺杂ta3n5薄膜。通过在透明基底上引入nbnx导电层解决了直接在绝缘的透明基底制备ta3n5光阳极不能有效地将电子转移至外部电路，从而影响其pec水分解性能的问题。配合负胶光刻法制备nbnx导电层，使其能够同时实现透明性提升，为制备透明的氮化钽光阳极提供了新的思路与选择。

技术特征：

1.一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

3.根据权利要求1所述的一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，所述步骤3具体为：

4.根据权利要求1所述的一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，所述步骤4高温氮化nb2o5前驱体薄膜的条件为：

5.根据权利要求1所述的一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，所述步骤5具体为：

6.根据权利要求1所述的一种半透明的氮化钽光阳极的制备方法，所述步骤6具体为：

7.一种半透明的氮化钽光阳极，其特征在于：采用权1至6任一项所述方法制备。

技术总结
本发明属于光电催化水分解光电极材料制备技术领域，具体涉及一种半透明的氮化钽光阳极及其制备方法。该方法是利用负胶光刻法、双源电子束共蒸发沉积法和高温氮化法在透明基底基底上引入半透明的NbN<subgt;x</subgt;导电层，随后在半透明的NbN<subgt;x</subgt;导电层上沉积梯度Mg掺杂Ta<subgt;3</subgt;N<subgt;5</subgt;薄膜。通过在透明基底上引入NbN<subgt;x</subgt;导电层，解决了直接在于绝缘的透明基底基底制备氮化钽光阳极不能有效地将电子转移至外部电路，从而影响其PEC水分解性能的问题。配合负胶光刻法制备NbN<subgt;x</subgt;导电层，使其能够同时实现透明性提升，为制备透明的氮化钽光阳极提供了新的思路与选择。

技术研发人员：李严波,刘怡彤,范泽宇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19