[發明專利]采用脈沖電磁場制備ZnO納米棒陣列的方法

無效

• 申請號: 201110410729.2
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102515248A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 王建中;唐立丹;王冰;杜慧玲;齊錦剛;彭淑靜;于景媛
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y40/00
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所 21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及一種采用脈沖電磁場制備ZnO納米棒陣列的方法，該方法為染料敏化太陽能電池效率提高奠定基礎。

背景技術

隨著化石能源的逐漸枯竭，發展新能源和可再生能源，尤其是太陽能電池發電技術，是中國未來能源發展的戰略要求。而太陽能電池的主要問題是因它的生產成本高而無法取代傳統能源，因此如何降低成本是這一行業最大的問題。染料敏化太陽能電池具有價格低廉、制作工藝簡單、環境友好等優點，有望成為未來太陽能電池的主體。但是，染料敏化太陽能電池轉換效率較低的問題是該技術推廣應用的瓶頸。

采用一維ZnO納米棒陣列作為太陽能染料敏化電池的光陽極材料，電子在垂直于導電基底的單晶陣列結構中傳輸具有極高的傳輸速率和最低損耗，能夠減少電子傳輸時間，有利于提高電池轉化效率。所以高垂直度、高長徑比ZnO納米棒陣列的制備是關鍵問題。目前合成ZnO納米棒陣列的方法主要有熱蒸發法、碳熱還原法、脈沖激光沉積法和水熱法等。熱蒸發法主要采用ZnO作為原料，直接加熱蒸發到襯底上形成納米棒陣列，該方法一般需要較高的溫度，合成能耗較大，同時產物產率較低。碳熱還原法也屬于熱蒸發法的一種，該方法雖然降低了合成溫度，但是在合成過程中常引入雜質碳，對納米棒的電學性能影響較大。脈沖激光沉積法所需設備昂貴，產品的產率較低，不適合生產大面積ZnO納米棒陣列。水熱法由于反應在水溶液中進行，反應溫度較低，設備簡單，便于自動化生產，適合大規模生產而備受重視，但是該方法所得產物存在納米棒長徑比小和陣列垂直度低的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種采用脈沖電磁場制備ZnO納米棒陣列的方法，以解決ZnO納米棒陣列長徑比小、垂直度低的問題。

本發明的技術解決方案是：

采用脈沖電磁場技術制備ZnO納米棒陣列的方法，其特殊之處是：

1、將FTO導電玻璃片放入溫度為75~85℃的超聲波清洗器中清洗4~6min后，取出用去離子水漂洗，在真空干燥箱中干燥4~6h；

2、用乙酸鋅、乙醇胺和乙二醇甲醚配制混合溶液，其中乙二醇甲醚作為溶劑，乙酸鋅與乙二醇甲醚的體積比分別為8：100~20：100，乙酸鋅與乙醇胺的體積比為1：1~1：1.5，將配制的混合溶液滴到導電玻璃片上并涂覆均勻進行鍍膜，所述的混合溶液滴加量與導電玻璃片面積的關系為0.25~1ml/100mm²，將涂覆有混合溶液的FTO導電玻璃片置于管式加熱爐中，加熱到280~340℃，保溫7~15min，冷卻至室溫；

3、重復第二步3~5次，在FTO導電玻璃片上即得到ZnO薄膜；

4、將氯化鋅溶入去離子水中，配制成濃度為0.10~0.20mol/L的前驅溶液，用氨水調節pH=9~10；將涂覆ZnO薄膜的FTO導電玻璃片放入反應釜中，用玻璃棒引流方式緩慢的將配制的前驅溶液注入到反應釜中，注入量為反應釜容積的2/3；

5、用電脈沖發生器對反應釜中的反應體系施加脈沖電磁場處理，脈沖電磁場處理時，脈沖時間為5~10min，脈沖電壓為400~600V，脈沖頻率為1~5Hz，處理后將反應釜移入恒溫箱進行水熱反應，溫度為90~95℃，時間為3~5h，降溫至室溫后取出FTO導電玻璃片，用去離子水沖洗掉玻璃表面的白色沉淀物，放入恒溫干燥箱中50~70℃保溫2~3h，即得ZnO納米棒陣列。

上述的采用脈沖電磁場制備ZnO納米棒陣列的方法，脈沖電磁場處理時，脈沖時間是7~9min，脈沖電壓是500~550V，脈沖頻率是2~4Hz。

本發明基于脈沖電磁場具有的間歇式、能量密度高的特點以及外場和原子團簇之間的交互作用，采用脈沖電磁場制備ZnO納米棒陣列，該方法具有以下優點：

1、不需要加入表面活性劑，避免了產物和添加劑難以分離的問題，同時不會將雜質帶入反應體系，產品質量不會受到影響；

2、氧化鋅納米棒的取向一致，垂直度較高，納米棒排列整齊；高垂直ZnO納米棒陣列作為光陽極時，有利于電子傳輸，從而提高染料敏化太陽能電池的光電轉化效率；

3、氧化鋅納米棒的長徑比大，有利于染料的吸附，從而提高染料敏化太陽能電池的光電轉化效率；

4、操作簡單，能耗低，運行費用低，設備占地面積小，工藝參數易調節，對其所處理的對象以及周圍環境沒有污染，是一種比較清潔環保的處理方法。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖；

圖2是施加脈沖電磁場處理示意圖；