[發明專利]不同量子點沿一維納米線分段組裝的方法

有效

• 申請號: 201210405483.4
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102916082A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 黃嬋燕;陳鑫;魏調興;孫艷;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明屬于新型材料技術領域，涉及光電材料制備技術，具體指氧化鋅納米線和兩種量子點組成的分段納米復合結構的制備方法。

背景技術

面對全球范圍內節能減排的需求、應對不可再生能源枯竭的難題，發展風能、地熱能、太陽能等綠色能源是一種有效的應對策略。在能源技術中，開發環境友好型能源利用技術是可持續發展戰略的體現。本發明針對太陽能利用技術提出了可利用于光伏、光探測器等光電技術領域的納米復合結構光電材料。

在太陽能光電技術中，良好的光生電子轉移傳輸機制和寬光譜響應是提高太陽光利用效率的重要因素。一直以來，一維納米線陣列結構都被認為具有特殊的電子傳輸特性，電子在納米線上傳輸時可以避免界面電阻造成的復合損失，特別是氧化鋅納米線的電子擴散長度高達一百多微米。然而氧化鋅禁帶寬度較大，對能量占太陽光譜總能量90%以上的可見和紅外光不能吸收轉換，而無機半導體量子點具有尺寸效應，不同大小的量子點或不同化學成分的量子點能吸收不同波段的太陽光，因此可通過多種量子點共同敏化納米線這樣的結構來實現寬光譜吸收和良好的電子傳輸特性。并且對不同量子點根據太陽光進行匹配組合形成光漏斗結構，即實現不同量子點沿納米線軸向的分段組裝，在共敏化結構中更有利于光吸收。這樣的一種納米復合結構在光探測器、光伏等光電轉換技術具有潛在的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種巧妙可行的制備新型光電器件光陽極的方法，既考慮到提高電子傳輸能力的問題，同時也通過提高了光譜響應范圍來增強光生電子密度。

本發明的方法是將一種量子點先吸附到垂直于襯底的氧化鋅納米線表面，然后用長碳鏈有機物將裸露的納米結構表面覆蓋，結合紫外燈曝光控制將納米線頂端的有機物破壞露出氧化鋅成分，再將該頂端作為種子二次生長氧化鋅納米線，并吸附第二種量子點構造兩種不同量子點在同一根納米線上沿軸向分段組裝的納米復合結構。此類結構即有納米線的良好電子傳輸能力，又能對兩種光譜波段進行響應，并且對太陽光的響應波段可通過對量子點的設計來控制。

本發明所涉及的由氧化鋅納米線和不同量子點構成的納米復合結構的制備方法包括如下步驟：

首先，采用原子層沉積法在導電玻璃或硅襯底上沉積厚度為20-40納米的氧化鋅薄膜，并經過450℃退火0.5-1小時，以該層薄膜為種子層采用水熱法制備垂直于襯底的氧化鋅納米線陣列；其次，將納米線陣列浸泡在巰基丙酸的甲醇溶液中2小時，取出并用氮氣吹干再靜置2小時后浸泡到油相量子點溶液中12-24小時，完成第一種量子點在第一段納米線表面的組裝；然后，在氮氣氛圍中將該結構浸泡在十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液中2小時，取出并自然干燥2小時后置于紫外燈下曝光1分鐘，再采用水熱法制備基于第一段納米線末端的第二段納米線；接著將納米結構浸泡在水相量子點溶液中12-24小時，完成第二種量子點在第二段納米線表面的組裝，并在快速退火爐中預充氮氣30分鐘，300℃熱處理5分鐘，最終得到一個不同量子點沿一維納米線的分段組裝的納米復合結構。

所述的原子層沉積法，是在溫度為225-300℃、氣壓16-18hPa的真空腔體內通過脈沖方式交替輸入氣相的反應前驅體二乙基鋅和水，沉積厚度控制精度達到納米量級的氧化鋅薄膜。

所述的水熱法，其過程是將0.02M的六水硝酸鋅、0.02M的六亞甲基四胺和1.5mM的聚乙烯亞胺混合配置成的前驅體溶液；并將該溶液與襯底放入聚四氟乙烯容器中，置于高壓釜內在95℃環境下加熱6-14小時得到氧化鋅納米線陣列。

所述的巰基丙酸溶液，它是將巰基丙酸以1:9的體積比溶解在甲醇中形成的混合溶液。

所述的油相量子點溶液，它是將表面修飾了油酸、油胺和三正辛基氧化膦分子的無機半導體量子點溶解在氯仿、甲苯、四氯化碳等非極性溶劑中所形成的均勻液體。

所述的十八烷基三氯硅烷溶液，它是將十八烷基三氯硅烷以10ul:7.6ml的體積比溶解在正己烷中形成的混合溶液。

所述的紫外燈曝光，它所采用的是URE-2000/35型深紫外光刻機。

所述的水相量子點溶液，它是將表面修飾有巰基丙酸等非極性分子的無機半導體量子點溶解在去離子水中所形成的均勻液體。

本發明的優點是：制備工藝成本低，薄膜厚度可控，易于前期對量子點尺寸進行調節；該發明制備的納米復合結構在光電探測及光伏應用中有利于拓展光譜響應范圍或提高光吸收能力，同時具有良好的電子傳輸能力。

附圖說明

圖1：兩種不同量子點沿納米線軸向組裝結構的可見-近紅外吸收光譜。