一种制备具有图案化金属电极的大面积光电极的方法与流程

本发明涉及一种大面积光电极的制备方法，特别涉及一种制备具有图案化金属电极的大面积光电极的方法，属于光电催化技术领域。

背景技术：

光电催化分解水产氢产氧是具有应用前景的新能源技术之一。用于光电催化的电极通常称为光电极，包括光阴极和光阳极。为了将光电催化进一步推向应用，制备面积大于8×8cm²的大面积光电极具有重要的实际意义。然而，光电极的基底通常为氟掺杂的氧化锡透明导电玻璃(fto)、氧化铟锡透明导电玻璃(ito)或铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(azo)。随着导电玻璃尺寸的增大，导电玻璃的电阻增大，加在导电玻璃上的电压损失随之增大，使得光电极产生的电流损失增大，尤其反映在电流曲线的填充因子损失上。因此，有必要提供一种方法来提高大面积导电玻璃的导电性，从而提高大面积光电极的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制备具有图案化金属电极的大面积光电极的方法，使其不仅制备方法简单，而且能有效克服随着光电极基底面积的增大导致其电阻增大，造成光电极性能下降的技术缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制备具有图案化金属电极的大面积光电极的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)通过物理或化学方法将光电极图案化，暴露基底以获得沉积金属电极的通道；

2)使用物理沉积方法在所述金属电极通道上沉积导电金属作为金属电极；引出电极引线后，将所得到的金属电极和电极引线进行封装，即得到带有图案化金属电极的大面积光电极。

本发明的上述技术方案中，所述金属电极通道的形状为手指状结构或排骨状结构。

优选地，步骤2)中所述的沉积的导电金属为金、银、铜或铜合金；所述的物理沉积方法为溅射、蒸镀或印刷方法。

优选地，步骤1)中所述基底为氟掺杂的氧化锡透明导电玻璃、氧化铟锡透明导电玻璃或铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃；步骤2)中所述的封装金属电极和电极引线的材料采用防水绝缘胶带，或防水绝缘胶水。

优选地，步骤1)中所述对光电极图案化采用以下方法进行：使用目数为2000～12000的砂纸对光电极进行物理打磨，或使用沾有对基底不具腐蚀性的化学试剂的棉棒对光电极进行擦拭。

本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明的方法操作简单，适用于大面积的光电极的制作。②通过本发明方法所获得的带有图案化金属电极的大面积光电极，有效克服了因基底面积增大而导致其电阻增大，造成光电极性能下降的技术缺陷。③通过本发明制备的大面积光电极在1.23v电压下的电流密度可达到2.6ma/cm²，对应的电流曲线的最大填充因子为36％，该性能与小面积光电极(<1cm²)的性能相当。通过本发明所制备的高性能的大面积光电极有望推动光电催化分解水的实际应用。

附图说明

图1是本发明所制备的具有手指状(finger-like)金属电极的钒酸铋光电极的宏观照片。

图2是本发明所制备的具有排骨状(rib-like)金属电极的钒酸铋光电极的宏观照片。

图3是本发明所制备的具有排骨状金属电极的钒酸铋光电极的性能曲线。

具体实施方式

本发明提供的一种制备具有图案化金属电极的大面积光电极的方法，其具体包括如下步骤：

1)通过物理或化学方法将光电极图案化，例如使用目数为2000～12000的砂纸对光电极进行物理打磨，或使用沾有对基底不具腐蚀性的化学试剂的棉棒对光电极进行擦拭，以暴露基底以获得沉积金属电极的通道，电极通道的形状为手指状结构或排骨状结构；所述基底通常为氟掺杂的氧化锡透明导电玻璃、氧化铟锡透明导电玻璃或铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃；对光电极图案化的形状为手指状结构，或排骨状结构。

2)使用物理沉积方法在所述金属电极通道上沉积导电金属作为金属电极；所述的物理沉积方法可以采用溅射、蒸镀或印刷方法；所述导电金属优选采用金、银、铜或铜合金。

3)在金属电极上引出电极引线，将所得到的金属电极和电极引线进行封装，封装金属电极和电极引线的材料可采用防水绝缘胶带或防水绝缘胶水，封装后即可得到带有图案化金属电极的大面积光电极。

下面结合附图和具体实施例对本发明的制备方法和实际效果作进一步的说明，以使本发明的目的和技术方案更加清楚明白。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1：

1)将具有手指状结构的掩模版固定在以fto为基底的钒酸铋光电极(8×9cm²)的表面；

2)使用4000目的塑料薄膜砂纸按照掩模版的形状对光电极进行打磨，直至暴露出干净的导电玻璃基底；

3)取掉掩模版，将所得图案化的光电极用去离子水进行清洗并吹干，将掩模版按照原位继续固定在光电极表面；

4)使用热蒸镀法将纯银金属沉积到通过步骤2)打磨得到的电极通道上，获得具有手指状结构的金属电极；

5)利用焊枪将锡熔解后，将铜导线焊接到金属电极的母线上；

6)将聚酰亚胺胶带裁剪成宽度为1.5～2.5mm的长条，把聚酰亚胺胶带粘到金属电极的子线表面，把金属电极子线完全覆盖；

7)将金属电极母线及其上方的铜导线用丙烯酸树脂覆盖，得到具有手指状金属电极的钒酸铋光电极，如图1所示。

实施例2：

将实施例1中手指状结构的掩模版换成排骨状结构的掩模版，重复实施例1的操作，得到具有排骨状金属电极的光电极(8×9cm²)，如图2。

采用三电极体系(参比电极为银和氯化银，对电极为铂电极，工作电极为该光电极)，在am1.5g的模拟的太阳光下(100mw/cm²)，在含有0.4m亚硫酸钠和0.1m硼酸钾溶液的开口反应器中，对所述光电极进行线性电压扫描，获得该光电极的电流密度曲线及其对应的填充因子曲线，如图3。所得光电极在1.23v(相对于标准氢电极)的电压下的电流密度为2.6ma/cm²，电流曲线的最大填充因子为36％。因此通过本发明获得了具有图案化金属电极的高性能大面积光电极。