CN111334812B - 基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法 - Google Patents

基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法，既具有较好的光透过性，又能够有效地保护不稳定的非晶硅光阴极。所述电极，包括依次耦合的导电衬底、具有p/i/n结构的a‑Si薄膜层、水合羟基氧化铁层和产氢催化剂层。本发明利用甚高频等离子体气相沉积设备在透明导电衬底上制备具有p/i/n结构的a‑Si薄膜，然后利用水浴法在薄膜硅电极表面生长厚度可达150nm的水合羟基氧化铁层，该界面层能带结构与薄膜硅匹配较好，然后既具有较好的光透过性，且在光照下可以从硅中快速提取电子到金属催化剂纳米粒子表面进行反应，在不影响薄膜的吸光性的同时，进一步增强光电流，同时减缓电极受光腐蚀的影响，将硅薄膜电极的稳定性明显提升。

Description

基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能分解水产氢的电极，具体为基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法。
背景技术
能源推动着社会的进步，化石能源是我们一直依赖的能源，但是在使用过程中所排放的温室气体造成全球变暖以及雾霾成为阻碍人类社会发展不可忽视的因素。因此，寻求可再生的、环境友好的新能源是未来社会的发展方向。太阳能取之不尽，用之不竭，清洁高效，将太阳能直接转化为电能或者清洁燃料是解决能源危机与环境污染的理想方案。
太阳能制氢是将太阳能转换成燃料最清洁又有效的方式之一，虽然每秒辐射到地球表面的能量约为17万亿千焦，但它无法被存储和直接利用，并且太阳东升西落造成了太阳能的间断性，如果能实现太阳能到氢能的高效转化，这将促进社会发生巨大变革，而基于半导体的光电化学分解水制氢的研究，让我们看到了实现这一愿景的曙光。
硅薄膜材料不同于已经用于光电催化分解水产氢的半导体c-Si(AdvancedFunctional Materials,2018.28:1801585)，InP(Chemelectrochem,2018,5:1230-1239)CuGaInZnS(Cheminform,2016,47:1288-1292)，BiVO4(Physical Chemistry ChemicalPhysics,2013,15:4589-4595)，TaON(Chemistry Letters,2005,34:1162-1163)，Fe2O3(Physical Chemistry Chemical Physics,2014,16:23544-23548)，WO3(AdvancedMaterials Research,2015,1109:243-247)，Cu2O(Energy&Environmental Science,2014,7:3758-3768)，Ta3N5(Angewandte Chemie International Edition,2014,53:7295-7299)。硅薄膜材料在光电催化领域引起广泛的关注，主要是因为它光伏(PV)技术成熟，而且带隙可通过掺杂调控，有效跨越氢氧还原电位，借助于p-n结可以产生一定的开压，用以弥补外加电压的输入，就产业化而言，更为节能。但是非晶硅在碱性溶液中非常容易受到腐蚀，尤其在光照的情况下更为严重，几秒钟就会被分解。因此，重要的是找到一种既可以作为a-Si电极保护层，又可以快速将光生载流子迁移到表面迅速发生反应的材料，这样才有望在未来实现清洁的无偏压水分解的目标。为了解决这个问题，很多努力已经尝试，例如，用TiO2，Pt，Mo2C，Pt/Pd这些金属或者合金来保护a-Si电极，仍需平衡催化剂的厚度以及光电催化分解水产氢性能，且保护之后的光电极多数用于温和的电解质环境下，碱性电解质中稳定性仍不理想。迄今为止，薄膜Si光阴极在碱性环境中稳定性仍然是一项具有挑战性的任务。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法，既具有较好的光透过性，又能够有效地保护不稳定的非晶硅光阴极，同时减缓电极受光腐蚀的影响，将硅薄膜电极的稳定性明显提升。
本发明是通过以下技术方案来实现：
基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，包括依次耦合的导电衬底、具有p/i/n结构的a-Si薄膜层、水合羟基氧化铁层和产氢催化剂层。
优选的，所述的导电衬底采用透明导电玻璃、柔性不锈钢或者高分子膜。
优选的，所述的具有p/i/n结构的a-Si薄膜层中，包括呈单节、双节或三节设置的p/i/n结构。
优选的，所述的产氢催化剂层采用Ni单一金属颗粒层，或者采用PtNi、NiMo和NiFe任意一种合金的合金层。
一种上述任意一项所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，包括如下步骤，
步骤1，将清洗烘干后的透明导电衬底放入PEVCVD中，利用硅烷、氢气、硼烷和磷烷气体，依次在透明导电衬底上沉积p型硅薄膜层、本征硅薄膜层和n型硅薄膜层形成p/i/n结构，从而得到具有p/i/n结构的a-Si薄膜层的基底；
步骤2，利用水浴法沉积水合羟基氧化铁层；将基底浸入0.05-0.1M硝酸铁和0.375-0.5M硝酸钠混合溶液中；在温度373-393K下沉积0.25-5h，在基底的具有p/i/n结构的a-Si薄膜层上，得到呈出纳米片结构的水合羟基氧化铁层；
步骤3，采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂层，填补水合羟基氧化铁层的孔隙，得到基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极。
优选的，步骤1中，单节p/i/n结构的a-Si薄膜层厚度为380～530nm；
利用硅烷、硼烷气体和氢气生成厚度为20-40nm的p型硅薄膜层；
利用硅烷和氢气生长厚度为300～400mm的本征层硅薄膜层；
利用硅烷、磷烷气体和氢气，掺杂制备厚度60-90nm的n型硅薄膜层。
优选的，水合羟基氧化铁层的厚度为36～150nm。
优选的，步骤3中，采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂金属颗粒镍形成产氢催化剂层，溅射压强控制在7.5Pa，功率200W，溅射时间3min，厚度为3～15nm。
优选的，步骤3中，采用双靶材共溅射制备PtNi、NiMo或NiFe合金在水合羟基氧化铁层表面生长，形成产氢催化剂层，厚度为3～15nm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用甚高频等离子体气相沉积设备在透明导电衬底上制备具有p/i/n结构的a-Si薄膜，然后利用水浴法在薄膜硅电极表面生长厚度可达150nm的水合羟基氧化铁层，该界面层能带结构与薄膜硅匹配较好，然后既具有较好的光透过性，且在光照下可以从硅中快速提取电子到金属催化剂纳米粒子表面进行反应，有效地保护不稳定的非晶硅光阴极，在不影响薄膜的吸光性的同时，进一步增强光电流，同时减缓电极受光腐蚀的影响，将硅薄膜电极的稳定性明显提升。本发明基于助催化剂增强光电催化分解水产氢性能的理念，可考虑应用到很多电极材料光电催化分解水中，尽可能的减少界面的复合发生。
附图说明
图1本发明实施例中所述硅薄膜光电极结构示意图。
图2为本发明实施例中所述a-Si(p/i/n)，a-Si/Fh，a-Si/Ni，a-Si/Fh/Ni光阴极光电流-电势曲线示意图。
图3为本发明实施例所述光电极的俯视图(a-d)和截面图(e-h)的电极扫描电镜(SEM)图像，其中，(a,e)为a-Si，(b,f)为a-Si/Fh，(c,g)为a-Si/Ni，(d,h)为a-Si/Fh/Ni。
图4为本发明实施例中所述a-Si/Fh/Ni复合电极法拉第效率。
图5为本发明实施例中所述硅薄膜电极分解水产氢电流-时间曲线。
图中：1、FTO,2、p型薄膜硅层，3、本征薄膜硅层，4、n型薄膜硅层，5、水合羟基氧化铁层。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极及其制备方法，将水合羟基氧化铁作为电子提取层保护非晶硅光电极，能够更好的满足水分解产氢的需要。基于助催化剂增强光电催化分解水产氢性能的理念，考虑到很多电极材料的光生载流子在转移到助催化剂之前就会因为缺陷而复合，所以导致光电催化剂的效率降低，Pt作为析氢催化剂虽然性能很好，但是沉积厚度在5nm左右刚好，若是继续增加厚度，会导致电极材料的暗电流也会迅速增加，但是5nm Pt保护的薄膜硅电极在强碱溶液中光照下的稳定性仅仅达到1h，对于未来工业应用还远远不够，因此本发明一种既可沉积很厚，且不影响薄膜硅暗电流性能，又能提升光电流，还能对薄膜硅进行较好保护的界面层水合羟基氧化铁，对薄膜硅表面进行改性。
本发明中涉及制备的水合羟基氧化铁(Fh)是一种n型半导体，具有热力学稳定的窄带隙(约2.6eV)铁氧化物，可成熟地用作太阳能电池中的电子提取层和传输层，其带隙结构与薄膜硅很匹配。此外，它具有高的透射率和电子提取能力。按照p/i/n结构顺序，在透明导电衬底上生长非晶硅薄膜，作为光阴极，然后利用化学浴沉积法在非晶硅电极上生长水合羟基氧化铁层。在光照下，水合羟基氧化铁层可以从硅中快速提取电子到Ni纳米粒子催化剂表面进行反应，有效地保护不稳定的非晶硅光电阴极在保持吸光性的同时，免受光腐蚀的影响。
因此，本发明利用a-Si的p/i/n结耦合合适的界面层以及析氢反应催化剂(HER)进行改性,利用水浴法在电极硅表面生长厚度可达150nm的水合羟基氧化铁层，既具有较好的透过性，且在光照下可以从硅中快速提取电子到Ni纳米粒子催化剂表面进行反应，有效地保护不稳定的非晶硅光电阴极在保持吸光性的同时，免受光腐蚀的影响。
不仅硅元素地壳含量丰富，具有较宽的光谱吸收能力，在载流子产生和分离方面具有很大优势，制备技术也相对成熟。且该体系的硅薄膜可以设计单结p/i/n结构，或者双节，甚至三节结构；单结可保证较好地光电流，双节，三节会牺牲部分光电流，但是可以获得大于1.5V的开压，可保证足够的偏压，实现无偏压太阳能全分解水产氢。
在甚高频等离子气相沉积设备中集成沉积，将清洗后的透明导电衬底，输送进入子腔室中，通入硅烷，硼烷气体，和氢气，即可生成p型硅薄膜，然后将基底转入另一子腔室，通入硅烷和氢气，生长本征层硅薄膜。接着转入另外一子腔室，通入硅烷，磷烷气体，和氢气，掺杂制备n型硅薄膜。重复此步骤可制备具有单节p/i/n，多节p/i/n结构硅薄膜电极。具有p-n结构的薄膜硅电极可在受光之后产生光生电荷，光生电子被分离传输到表面产氢催化剂处发生水还原反应产生氢气。
其中，水合羟基氧化铁层是通过两步水浴法在电极上控制生长。首先，配制0.05-0.1M硝酸铁和0.375-0.5M硝酸钠混合溶液。然后，将基底浸入其中，在温度373-393K下，在烘箱中加热一段时间，然后用去离子水彻底清洗。沉积时间可根据薄膜生长速率自行调节，0.25h-2h不等。
根据具体的需求的不同，能够通过不同的混合溶液浓度、温度以及时间进行沉积控制，例如表1所示，硝酸铁和硝酸钠混合溶液，用化学浴法制备的不同时间Fh的厚度关系。
表1.用化学浴法制备的不同时间Fh的厚度
样品编号 硝酸铁(M) 硝酸钠(M) 沉积时间(h) 厚度(nm)
0 0.05 0.375 0.25 36
1 0.06 0.45 0.5 50
2 0.08 0.5 0.75 60
3 0.1 0.475 1 72
4 0.07 0.4 1.5 120
5 0.09 0.425 2 150
6 0.05 0.375 2.5 脱落
随后，在硅薄膜基底上形成不同厚度的水合羟基氧化铁层。在沉积过程中，可放入空白玻璃基底，作为参考样品，可用于水合羟基氧化铁层物理结构，性能分析。
采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂层。其具有催化反应活性，可制备Ni单一金属颗粒，厚度可通过溅射的压强，功率，时间控制。还可以采用双靶材共溅射制备的PtNi，NiMo，NiFe合金，在硅薄膜电极表面生长。
水合羟基氧化铁层/镍在硅薄膜电极表面实现协同作用，水合羟基氧化铁层可从硅薄膜电极吸收层中提取光生电子，进行储存，并传输给镍催化剂，同时水合羟基氧化铁层的厚度不会增加暗电流，带隙与薄膜硅非常匹配，本身也不会成为电子的复合中心，可生长至150nm厚度，将获取的光生电子传输给镍催化剂，进行分解水产氢反应。既对薄膜硅电极进行保护，也增强了光生电荷的分离和利用效率，且避免了仅适用镍催化剂，需要控制镍催化剂的厚度，避免增加暗电流，同时由于光生电子利用效率不够快，会在硅薄膜/镍界面积累电子，造成复合，影响催化产氢的效率。
导电衬底采用透明导电玻璃作为衬底，也可以采用柔性不锈钢或者高分子膜作为衬底。此外，还可以采用双节，三节硅薄膜作为光阴极。如双节组合：非晶硅/纳晶硅，非晶硅/非晶硅，非晶硅/硅锗。如三节组合：非晶硅/非晶硅/非晶硅，非晶硅/纳晶硅/硅锗，非晶硅/非晶硅/硅锗。在保证较好的吸收光谱匹配的情况下，实现高的开压和电流，结合水浴法生长的水合羟基氧化铁层提取硅薄膜中电子，传输给廉价Ni催化剂，进行高效，持久分解水产氢。
本发明基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，具体的相比较现有技术具有如下优势，
1)硅元素地壳含量丰富，光吸收系数高，吸光范围宽，带隙可调，可以通过气体掺杂制备光阴极；
2)具有p-n节的光阴极不同于晶硅电极，以及别的半导体材料，单一的p-n节就可以产生接近1V的开压，电流密度接近10mA/cm2，由于水合羟基氧化铁作为电子提取层，协同廉价金属镍催化剂，可进一步提高电流密度达到15.6mA/cm2，稳定性对比裸露的硅薄膜电极，可从3分钟提高至几小时以上。若设计双节或者三节结构，可实验无偏压全分解水产氢。
3)催化剂通过磁控溅射方法制备，成本低廉，制备条件温和，成分可调，元素多变，性能优异，既能够实现分离电荷能力，又可以在其表面发生催化反应，同时还减轻薄膜硅电极表面被侵蚀的程度；
4)通过磁控溅射可有效控制金属镍纳米颗粒的尺寸，分散情况，生长在水合羟基氧化铁表面，有效填补了水合羟基氧化铁表面的空隙，不仅提供活性位点进行析氢反应，还可保护薄膜硅电极减缓腐蚀。
5)复合电极的能带结构薄膜硅/水合羟基氧化铁/镍，具有非常匹配的能带结构，光阴极从透明导电衬底方向受光之后，光生电子通过p-n节被分离，水合羟基氧化铁提取电子，既可以储存也可以传输给镍金属催化剂，在镍催化剂表面发生放氢反应，而光生空穴迁移到对电极，被复合，光生电流的大小受吸收层产氢光生电荷能力，界面层进行电荷分离和转移能力，以及催化剂消耗光生电子能力共同决定。水合羟基氧化铁界面层与镍催化剂的协同作用提高了光电流，表明了复合电极的太阳能转换产氢的效率得到提高。
本发明所述的硅薄膜光电极进行无偏压分解水时，需要双节或者三节结构，保证电极产生足够的开压，克服分解水所需要的能量以及过电位。在三电极体系中，复合电极为光阴极，受光之后产生光生电荷，Pt作为对电极，甘汞电极用作参比电极，在碱性溶液中分解水产氢进行反应，水合羟基氧化铁/镍的设计，化学浴生长了致密的薄膜，而且采用溅射方法制备的催化剂，颗粒均匀，薄膜致密，填补了水合羟基请氧化铁界面层的空隙，一定程度减缓了硅薄膜在碱性溶液中易腐蚀的问题，保证了电荷的分离和传输，增强了复合电极性能，不仅实现了催化作用，还保护了光电极。
具体的，如图1所示，本发明优选实例所述的硅薄膜光电极由6个部分组成。
透明导电玻璃FTO1作为衬底经过丙酮，乙醇，水各30min清洗之后，烘干，放入甚高频等离子体气相沉积装置(PEVCVD)中，利用硅烷，氢气，硼烷，磷烷气体，依次沉积p型薄膜硅层2(硅烷，氢气，硼烷混合气体，厚度20-40nm)，本征薄膜硅层3(硅烷，氢气混合气，厚度300～400mm)，n型硅薄膜层4(硅烷，氢气，磷烷混合气体，厚度60-90nm),可通过图3得知，a-Si(p/i/n薄膜厚度380～530nm)。
利用水浴法沉积水合羟基氧化铁层，首先，配制0.05-0.1M硝酸铁和0.375-0.5M硝酸钠混合溶液。然后，将基底浸入其中，在温度373-393K下，在烘箱中加热一段时间，然后用去离子水彻底清洗。本优选实例中沉积时间2h，如图3所示，水合羟基氧化铁呈现出纳米片结构，厚度36～150nm。
采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂层，本优选实例中采用金属颗粒镍。溅射压强控制在7.5Pa，功率200W，溅射时间3min，制备镍厚度3～15nm，可填补水合羟基氧化铁层的孔隙。
根据具体的需求的不同，能够通过不同的a-Si薄膜层、水合羟基氧化铁层和产氢催化剂层的厚度控制满足不同的需求，如表2所示。
表2，不同的各层厚度实例，单位均为nm。
单节a-Si薄膜层 p型薄膜硅层 本征薄膜硅层 n型硅薄膜层
实例1 380 20 300 60
实例2 400 25 310 65
实例3 420 20 330 70
实例4 470 35 360 75
实例5 490 30 380 80
实例6 530 40 400 90
表3中选择实施例1制备a-Si薄膜，0.05M硝酸铁和0.375M硝酸钠混合溶液制备Fh150nm，生长不同厚度Ni催化剂，单位为nm。
Figure BDA0002401682240000091
Figure BDA0002401682240000101
经过电池结构优化测试，选择厚度380nm的a-Si薄膜作为电极，0.05M硝酸铁和0.375M硝酸钠混合溶液制备水合羟基氧化铁150nm，6nmNi作为非晶硅薄膜光电极的最终结构，如图3中的d和h所示，硅薄膜光阴极表面相对于只有水合羟基氧化铁更加致密。为了评价a-Si，a-Si/Fh，a-Si/Ni和a-Si/Fh/Ni的光电催化分解水性能，在AM 1.5G背照射，1M KOH电解质(pH＝14)中的三电极体系进行测试。图2给出了电极的电流-电势曲线，无论在黑暗或光照下，非晶硅膜电极在0V vs.RHE时均未显示出电流密度。但是，在0V vs.RHE时，Fh的加入明显增强了光电流密度，高达6.7mA cm-2，它主要将0V-0.2V vs.RHE电极光电流急剧增加。6nm Ni纳米颗粒作为助催化剂后样品记为Si/Ni)，光电流密度在0V vs.RHE时增强至11.6mA cm-2，引入Ni纳米颗粒催化剂之后使得a-Si电极在整个电位范围内光电流显著增加。进一步将Fh和Ni组合后，观察到氢析出电位(0V)下光电流密度得到显著改善，达到15.6mA cm-2，其饱和光电流几乎达到通过太阳光吸收谱计算出理论最大光电流的63％。利用气相色谱检测a-Si/Fh，a-Si/Ni和a-Si/Fh/Ni光阴极分解水反应中的H2，来确认水分解反应中是否存在副反应。
如图4所示，通过公式计算，Si/Fh/Ni的法拉第效率几乎达到100％,此结果表明薄膜硅在进行光电催化分解水的过程中没有其他副反应。将Fh与Ni在硅薄膜表面组合，光阴极能保持初始光电流密度的90％长达约1.5h，明显好于单独沉积Fh和Ni的电极，这是目前所报导在强碱电解液环境下非晶硅光电极(PH＝14)稳定性保持的最长时间。
本发明采用单结的薄膜硅利用较厚的Fh层作为电子提取层，协同Ni金属颗粒作为助催化剂，不仅可以保护非晶薄膜硅光电极减缓光腐蚀，而且还显著提高了性能。通过Fh层快速提取光生电子并转移到Ni纳米颗粒，将非晶硅薄膜光阴极在0V vs.RHE显示了0.6V起始电位和15.6mA cm-2光电流。在强碱环境(pH＝14)中，稳定性持续1.5h，是迄今为止非晶硅PEC的最佳活性以及稳定性。更重要的是，本发明所述硅薄膜光电透光性高，且能带与薄膜硅匹配的水合羟基氧化铁，作为界面层既可以快速转移电子至电极表面参与反应，减少界面电荷复合，且对于非晶硅的光稳定性起到保护作用，这为水分解中光电极面对的光腐蚀提供新的解决思路。
在本发明实施例中所述的法拉第效率在光电催化分解水研究中，检测到光电流可能不是全部参与目标产物反应。因此为了计算得到目标产物所用电荷占使用电荷的百分比，可用法拉第效率(ηF)，其被定义是在系统中用以析出氢的电荷(NF)与流过外部电路的总电荷(NT)比率,如下方程式所示:
ηF＝NF/NT×100％
将产物进行识别和定量测量，确定目标产物实际消耗的电荷总量。如果在两电极PEC电池中测试法拉第效率小于100％是因为在WE(工作电极)或CE(参比电极)中发生了副反应，主要是由其他界面化学反应或光电极本身腐蚀所引起的。如果PEC电池反应在光子和化学物质的侵蚀之下，仍表现出好的稳定性，而且暗电流非常小可以忽略，只发生水分解反应生成氢气和氧气，此时将法拉第效率近似看成100％。本实例是利用在线气象色谱测试a-Si/Fh/Ni在水分解反应过程中产生的氢气，然后通过上述反应方程式计算，得到法拉第效率接近100％，表面经过水合羟基氧化铁/镍修饰之后的a-Si电极在分解水产氢反应过程中无副反应发生图4。
电催化剂稳定性的测试方法通常也适合光电催化剂的稳定性评价，因为PEC反应通常被视为光照下的电化学反应。然而，对于大多数的光电极在水分解过程中光电流密度很少能够超过10mAcm-2，因此在外加偏压下电流随时间的变化曲线(即J-t曲线)被频繁用于耐久性测试。此外，PEC水分解反应很少受到传质限制，因此，在惰性的溶液中实现长时间极化反应，而不受机械搅拌或鼓泡的影响。本实施例是1M KOH溶液中，在0V vs.RHE外加偏压下，分别测试未经过修饰的a-Si,经过水合羟基氧化铁和镍修饰；水合羟基氧化铁/镍修饰之后的不同a-Si电极的电流随时间变化曲线如图5。
上述实施例仅为事宜说明，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述情况进行改进和变换，而这些改进和变换都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，将清洗烘干后的透明导电衬底放入PEVCVD中，利用硅烷、氢气、硼烷和磷烷气体，依次在透明导电衬底上沉积p型硅薄膜层(2)、本征硅薄膜层(3)和n型硅薄膜层(4)形成p/i/n结构，从而得到具有p/i/n结构的a-Si薄膜层的基底；
步骤2，利用水浴法沉积水合羟基氧化铁层；将基底浸入0.05-0.1M硝酸铁和0.375-0.5M硝酸钠混合溶液中；在温度373-393K下沉积0.25-5h，在基底的具有p/i/n结构的a-Si薄膜层上，得到呈出纳米片结构的水合羟基氧化铁层；
步骤3，采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂层，填补水合羟基氧化铁层的孔隙，得到基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极。
2.根据权利要求1所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，其特征在于，步骤1中，单节p/i/n结构的a-Si薄膜层厚度为380～530nm；
利用硅烷、硼烷气体和氢气生成厚度为20-40nm的p型硅薄膜层(2)；
利用硅烷和氢气生长厚度为300～400mm的本征层硅薄膜层(3)；
利用硅烷、磷烷气体和氢气，掺杂制备厚度60-90nm的n型硅薄膜层(4)。
3.根据权利要求1所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，其特征在于，水合羟基氧化铁层的厚度为36～150nm。
4.根据权利要求1所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用磁控溅射方法制备的产氢催化剂金属颗粒镍形成产氢催化剂层，溅射压强控制在7.5Pa，功率200W，溅射时间3min，厚度为3～15nm。
5.根据权利要求1所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极的制备方法，其特征在于，步骤3中，采用双靶材共溅射制备PtNi、NiMo或NiFe合金在水合羟基氧化铁层表面生长，形成产氢催化剂层，厚度为3～15nm。
6.基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，其特征在于，由权利要求1-5任意一项所述的方法制备得到，其包括依次耦合的导电衬底、具有p/i/n结构的a-Si薄膜层、水合羟基氧化铁层和产氢催化剂层。
7.根据权利要求6所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，其特征在于，所述的导电衬底采用透明导电玻璃、柔性不锈钢或者高分子膜。
8.根据权利要求6所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，其特征在于，所述的具有p/i/n结构的a-Si薄膜层中，包括呈单节、双节或三节设置的p/i/n结构。
9.根据权利要求6所述的基于水合羟基氧化铁的非晶硅薄膜光电极，其特征在于，所述的产氢催化剂层采用Ni单一金属颗粒层，或者采用PtNi、NiMo和NiFe任意一种合金的合金层。
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