一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于由以下工藝步驟組成：(a)育種；(b)制備反應(yīng)溶劑；(c)加熱反應(yīng)：首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為85-98℃下反應(yīng)40-48小時，再于環(huán)境溫度為45-55℃下反應(yīng)40-48小時，最后于環(huán)境溫度為85-98℃下反應(yīng)20-24小時；(d)洗滌干燥。本發(fā)明為一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，方法簡單，制備溫度低、制備成本低，該制備方法得到的金字塔型納米線陣列的比表面積更大，應(yīng)用于太陽能電池，能顯著提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
【專利說明】一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說，涉及一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能作為一種清潔能源，過去的幾十年中太陽能電池研究取得巨大成就，其中染料敏化太陽能電池、量子點(diǎn)敏化的太陽能電池具有安全無毒，轉(zhuǎn)化效率較高，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)受到研究重視。金屬氧化鋅納米材料因?yàn)殡娮泳哂休^大的流動性、豐富的形貌和較寬的帶隙常用來做量子點(diǎn)敏化太陽能電池、染料敏化電池的光陽極。
[0003]目前納米氧化鋅的常用制備方法有溶劑熱方法、電化學(xué)方法等，而制備方法不同，其得到的納米陣列形貌也不同，制備得到的氧化鋅納米陣列形貌多樣，主要結(jié)構(gòu)有納米線陣列、納米棒陣列、納米管陣列和納米森林陣列等，不同形貌的氧化鋅納米材料在不同的領(lǐng)域都存在著潛在的應(yīng)用價值。
[0004]同時研究發(fā)現(xiàn)材料的形貌對氧化鋅光陽極太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率有重要影響，其中CdS量子點(diǎn)敏化的氧化鋅納米棒、納米管和納米森林的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率分別為0.5%、1.08%和1.34%。但是隨著科技的發(fā)展，對氧化鋅納米材料的要求越來越高，對其太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率要求就更好，因此迫切的需要能提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的氧化鋅納米陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決以上技術(shù)問·題，本發(fā)明的目的在于提供一種制備溫度低、制備成本低金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，該制備方法得到金字塔型納米線陣列的比表面積更大，應(yīng)用于太陽能電池，能顯著提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0006]本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其關(guān)鍵在于由以下工藝步驟組成:
[0008](a)育種:首先配制醋酸鋅酒精溶液；然后用丙酮、酒精清洗FTO導(dǎo)電玻璃，于50°C下干燥，再將醋酸鋅酒精溶液滴在FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面，采用旋涂法使醋酸鋅酒精溶液均勻分布在FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上；所述旋涂法具體為:首先在導(dǎo)電面上滴一滴醋酸鋅酒精溶液(20-40 u L)溶液，然后以轉(zhuǎn)速800-900轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)10秒，然后以速度2000轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)20-30秒，這樣醋酸鋅就均勻的涂在玻璃導(dǎo)電面上。
[0009](b)制備反應(yīng)溶劑:將硝酸鋅、環(huán)六亞甲基四胺、聚乙烯亞胺和氫氧化銨配成混合水溶液；
[0010](C)加熱反應(yīng):首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為85-98°C下反應(yīng)40-48小時，再于環(huán)境溫度為45-55°C下反應(yīng)40-48小時，最后于環(huán)境溫度為85-98°C下反應(yīng)20-24小時；
[0011](d)洗滌干燥:取出樣品，用去離子水清洗，再于50°C下干燥，得到金字塔型氧化鋅納米線陣列。
[0012]上述步驟(c)加熱反應(yīng)為:首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為95°C下反應(yīng)48小時，再于環(huán)境溫度為50°C下反應(yīng)48小時，最后于環(huán)境溫度為95°C下反應(yīng)24小時。
[0013]上述步驟(C)加熱反應(yīng)為:首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為90°C下反應(yīng)45小時，再于環(huán)境溫度為45°C下反應(yīng)45小時，最后于環(huán)境溫度為90°C下反應(yīng)20小時。
[0014]上述步驟(b)制備反應(yīng)溶劑中硝酸鋅、環(huán)六亞甲基四胺、聚乙烯亞胺和氫氧化銨的物質(zhì)的量之比為2: 2: 0.5: 35，得到的混合溶液濃度為0.395mol/L。
[0015]上述醋酸鋅酒精溶液的物質(zhì)的量濃度為5mmol/L。
[0016]上述保溫加熱設(shè)備可選擇馬弗爐、電阻爐或烘箱。
[0017]氧化鋅納米陣列在制備過程中對于反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的要求十分嚴(yán)格，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間出現(xiàn)差錯均會造成制備得到的氧化鋅納米陣列形貌的不同，本方法中特別是加熱反應(yīng)中的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的掌控尤為重要，將育種后的玻璃基片放置溶液中，如果在溫度為95°C的環(huán)境條件下保持3-5小時得到氧化鋅納米陣列；將其置于溫度為95°C左右的環(huán)境中3-5小時，然后置于環(huán)境溫度為60°C左右環(huán)境中16-20小時，得到氧化鋅納米管陣列；將其置于95°C左右環(huán)境中 約48小時，然后置于溫度為60°C左右環(huán)境中約24小時，然后在95°C環(huán)境中約24小時得到的則為納米森林陣列，因此金字塔型氧化鋅納米線陣列在制備過程中加熱反應(yīng)中的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間都必須在其范圍內(nèi)，缺少一步加熱或任何一個溫度出現(xiàn)差錯都會導(dǎo)致制備失敗。
[0018]本發(fā)明方法采用三階段加熱的熔劑熱的方法，改變反應(yīng)溫度和時間制備出新型貌的金字塔型氧化鋅納米線陣列，該形貌氧化鋅的制備方法還未見報道。相對于目前常用的氧化鋅納米棒陣列、納米管陣列和納米森林陣列，金字塔型的氧化鋅納米材料具有較高比表面積、較高吸收系數(shù)、較高光電轉(zhuǎn)化效率和較高電子傳輸率等優(yōu)良性質(zhì)。
[0019]1、本發(fā)明方法制備得到的金字塔型氧化鋅納米線陣列的形貌
[0020]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，金字塔型納米氧化鋅陣列由長為5 μ m、直徑為50nm的納米線構(gòu)成，周圍5μπι范圍內(nèi)的納米線向中心納米線傾斜，形成一個底部寬頂部尖的金字塔型結(jié)構(gòu)，與圖4中氧化鋅納米棒陣列、氧化鋅納米管陣列、氧化鋅納米森林陣列和常規(guī)氧化鋅納米線陣列進(jìn)行比較，本發(fā)明得到的金子塔型納米線陣列結(jié)構(gòu)上具有顯著的區(qū)別，這些金子塔型納米線相互連接構(gòu)成漁網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中的納米線比氧化鋅納米棒陣列、氧化鋅納米管陣列、氧化鋅納米森林陣列和常規(guī)氧化鋅納米線陣列中的納米線更細(xì)，表明金字塔型納米線陣列具有更高的比表面積，因此對入射光線具有很好的俘獲作用。
[0021]隨光線射入，折射率會隨著入射光線深入折射率變化,實(shí)質(zhì)就是單位體積內(nèi)塔尖空氣多氧化鋅納米線少、塔底氧化鋅納米線多空氣少，形成折射率變大的效應(yīng)，即該結(jié)構(gòu)使入射光線的折射率逐漸增加，降低反射率，提高光的吸收，提高光電轉(zhuǎn)化效率。
[0022]此外大的表面積CdS量子點(diǎn)有很好的吸附作用，同時金字塔型結(jié)構(gòu)將CdS量子點(diǎn)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，增加了 CdS量子點(diǎn)的沉積量，有效的提高了其光電轉(zhuǎn)化效率。
[0023]2、本發(fā)明方法制備得到的金字塔型氧化鋅納米陣列的光伏特性
[0024]如圖5和表1所示:一定范圍內(nèi)，納米線長度越長其光電轉(zhuǎn)化效率越高，納米線長度為12.5 y m的常規(guī)氧化鋅納米線陣列比納米線長度為5 u m的常規(guī)氧化鋅納米線陣列的光電轉(zhuǎn)化效率更高，但是從表1得出的數(shù)據(jù)能明確地得出:金字塔型氧化鋅納米線陣列卻比納米線長度為12.5 y m的常規(guī)氧化鋅納米線陣列的管道轉(zhuǎn)化效率更高，并且金字塔型氧化鋅納米線陣列的光電轉(zhuǎn)化效率明細(xì)高于氧化鋅納米棒陣列、納米管陣列和納米森林陣列的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0025]因此本發(fā)明方法制備得到的金字塔型氧化鋅納米線陣列能顯著地提高量子點(diǎn)敏化的ZnO納米材料的光伏特性，顯著地提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
[0026]表1為CdS量子點(diǎn)敏化的氧化鋅納米棒陣列、納米管陣列、納米森
[0027]林陣列、常規(guī)納米線陣列和金字塔型納米線陣列的光伏特性對比數(shù)據(jù)
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于由以下工藝步驟組成: (a)育種:首先配制醋酸鋅酒精溶液；然后用丙酮、酒精清洗FTO導(dǎo)電玻璃，于50°C下干燥，再將醋酸鋅酒精溶液滴在FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面，采用旋涂法使醋酸鋅酒精溶液均勻分布在FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上； (b)制備反應(yīng)溶劑:將硝酸鋅、環(huán)六亞甲基四胺、聚乙烯亞胺和氫氧化銨配成混合水溶液； (c)加熱反應(yīng):首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為85-98°C下反應(yīng)40-48小時，再于環(huán)境溫度為45-55°C下反應(yīng)40-48小時，最后于環(huán)境溫度為85-98°C下反應(yīng)20-24小時； (d)洗滌干燥:取出樣品，用去離子水清洗，再于50°C下干燥，得到金字塔型氧化鋅納米陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述步驟(c)加熱反應(yīng)為:首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為95°C下反應(yīng)48小時，再于環(huán)境溫度為50°C下反應(yīng)48小時，最后于環(huán)境溫度為95°C下反應(yīng)24小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述步驟(c)加熱反應(yīng)為:首先將FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面朝下漂浮在所述反應(yīng)溶劑液面上，然后于環(huán)境溫度為90°C下反應(yīng)45小時，再于環(huán)境溫度為45°C下反應(yīng)45小時，最后于環(huán)境溫度為90°C下反應(yīng)20小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于:所述步驟(b)制備反應(yīng)溶劑中硝酸鋅、環(huán)六亞甲基四胺、聚乙烯亞胺和氫氧化銨的物質(zhì)的量之比為2: 2: 0.5: 35，得到的混合溶液濃度為0.395mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金字塔型氧化鋅納米線陣列的制備方法，其特征在于所述醋酸鋅酒精溶液制備為:將5mmol的醋酸鋅放入IL的酒精溶液中，然后攪拌，使其均勻溶解，配制得到5mmol/L的醋酸鋅酒精溶液。
【文檔編號】B82Y30/00GK103570055SQ201310562808
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張翠玲, 胡陳果, 趙瑩, 奚伊 申請人:重慶工商大學(xué), 重慶大學(xué)