[發(fā)明專利]ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310031223.X
• 申請(qǐng)日: 2013-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103077831A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭言貞;陶霞;劉玉;陳建峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/20;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)和光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種作為染料敏化太陽(yáng)能電池和有機(jī)無(wú)機(jī)雜化電池的光陽(yáng)極薄膜材料的半導(dǎo)體無(wú)機(jī)物及其制備方法，特別涉及一種以ZnO納晶聚集體為晶種制備納晶/納米棒聚集體的方法。

背景技術(shù)

可再生能源和綠色能源是驅(qū)動(dòng)未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力。作為重要的可持續(xù)能源技術(shù)之一，太陽(yáng)能電池將成為重要能源以滿足全球?qū)δ茉吹男枨蟆？茖W(xué)家著手設(shè)計(jì)研制更多新材料制備低成本“零排放”綠色太陽(yáng)能電池，其中染料敏化太陽(yáng)能電池（簡(jiǎn)稱DSC）和有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池（簡(jiǎn)稱HSC）作為新一代薄膜太陽(yáng)能電池越來(lái)越受到各國(guó)的重視。

近幾年來(lái)，基于ZnO的太陽(yáng)能電池（包括DSC和HSC）的研究獲得了重大的進(jìn)展，而ZnO的形貌、結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率，因而設(shè)計(jì)制備新型ZnO形貌結(jié)構(gòu)以提高ZnO太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是目前的重點(diǎn)之一。1995年，Law等（M.Law,L.E.Greene,J.C.Johnson,R.Saykally,P.D.Yang,Nature?Mater.2005,4,455）利用化學(xué)水浴法制備單層ZnO一維陣列材料并應(yīng)用于DSC中，發(fā)現(xiàn)該一維結(jié)構(gòu)材料具有良好的電子傳輸性能，但是由于較低的比表面積限制了DSC光電轉(zhuǎn)換效率的提高。Sung等（Sung?Y.-H.,Liao?W.-P.,Chen?D.-W.,Wu?C.-T.,Chang?G.-J.,Wu?J.-J.,Adv.Funct.Mater.,2012,22,3808-3814）利用化學(xué)水浴沉積法制備ZnO納米棒，為了改善有機(jī)供體（P3HT）在納米棒薄膜中的滲透性，通過(guò)表面改性獲得納米片結(jié)構(gòu)，從而增加了P3HT在ZnO納米棒薄膜中的滲透連續(xù)性。此外，為了提高一維材料的染料吸附能力，2011年，Gao等(Chengkun?Xu,Jiamin?Wu,Umang?V.Desai,Di?Gao,J.Am.Chem.Soc.2011,133,8122-8125)以ZnO納晶為晶種，利用化學(xué)水浴沉積法（CBD）制備多層ZnO一維陣列，并證實(shí)該多層一維陣列具備較高內(nèi)比表面積，有助于提高染料敏化ZnO薄膜的光吸收效率。但通過(guò)表面改性使得有機(jī)供體在一維薄膜材料更好的滲透性，或多步法制備多層ZnO一維陣列薄膜材料的操作過(guò)程較繁瑣且可控性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備的ZnO納米棒內(nèi)比表面積低而導(dǎo)致染料吸附能力不足的問(wèn)題，提供一種強(qiáng)染料吸附能力的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜及其制備方法。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行、可控性和重復(fù)性好。

本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用納晶聚集體為晶種，采用化學(xué)水浴沉積法制備具備高染料吸附能力的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜。

本發(fā)明所提供的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜，其特征在于，以ZnO納晶聚集體為晶種，在ZnO納晶聚集體表面生長(zhǎng)有ZnO納米棒所得的聚集體薄膜，其中納晶聚集體的直徑約為50-2000nm，納米棒的長(zhǎng)度為500-2000nm，直徑為20-100nm，薄膜的厚度為0.5-30μm。

本發(fā)明所提供的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的制備方法，具體包括如下步驟：

1）納晶聚集體晶種溶液的配置：

利用超聲溶劑熱法制備粒徑為50-2000nm的ZnO納晶聚集體，然后經(jīng)充分研磨后加入溶劑中，攪拌，超聲分散后，配置成0.001~1g/ml的ZnO納晶聚集體濁液；

2）納晶聚集體晶種層：

將步驟1）所得ZnO納晶聚集體濁液在的導(dǎo)電基底上制備ZnO薄膜，而后將ZnO薄膜在馬福爐中于200~600℃煅燒5~300min，冷卻至室溫得到涂有納晶聚集體晶種層的導(dǎo)電基底；

3）ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的水熱制備過(guò)程：

將步驟2）制得涂有納晶聚集體晶種層的導(dǎo)電基底倒置于生長(zhǎng)液中，于70℃~150℃水熱反應(yīng)0.5h~5h，待反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，經(jīng)洗滌后，晾干；水熱反應(yīng)的生長(zhǎng)液：將等摩爾數(shù)的鋅源和氨源溶解于去離子水中配制成濃度均為0.005~0.2M的混合溶液。

4）ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的后處理：

將步驟3）制備好的薄膜于100~500℃熱處理0.2~5h，并自然冷卻至室溫得到厚度為0.5-30μm的ZnO納米棒聚集體薄膜。

其中，步驟1）所述的溶劑為無(wú)水乙醇、異丙醇、無(wú)水乙醇、乙二醇甲醚或去離子水。

步驟2）所述的導(dǎo)電基底為FTO導(dǎo)電玻璃、ITO導(dǎo)電玻璃或柔性導(dǎo)電基底，所述的導(dǎo)電基底優(yōu)選經(jīng)過(guò)常規(guī)的預(yù)處理。