ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜材料及其制備方法技術(shù)

ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜材料及其制備方法，屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)和光電材料技術(shù)領(lǐng)域。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。首先在導(dǎo)電基底上制備ZnO納晶聚集體薄膜，再將此薄膜倒置于鋅源和氨源組成的生長(zhǎng)液中，水熱生長(zhǎng)ZnO納米棒，于100~500℃熱處理0.2~5h。本發(fā)明專利技術(shù)的薄膜用于DSC或HSC電極上具有高效的光電轉(zhuǎn)換效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)和光電材料
，具體涉及一種作為染料敏化太陽能電池和有機(jī)無機(jī)雜化電池的光陽極薄膜材料的半導(dǎo)體無機(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。
技術(shù)介紹
可再生能源和綠色能源是驅(qū)動(dòng)未來經(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”綠色太陽能電池，其中染料敏化太陽能電池(簡(jiǎn)稱DSC)和有機(jī)/無機(jī)雜化太陽能電池(簡(jiǎn)稱HSC)作為新一代薄膜太陽能電池越來越受到各國的重視。近幾年來，基于ZnO的太陽能電池(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 —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.-ff., 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 ffu, 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 —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 —維陣列薄膜材料的操作過程較繁瑣且可控性差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)方法簡(jiǎn)單易行、可控性和重復(fù)性好。本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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0.5-30 μ m。本專利技術(shù)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:I)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0.00rig/ml的ZnO納晶聚集體濁液；2)納晶聚集體晶種層:將步驟I)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20(T60(TC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700C 150°C水熱反應(yīng)0.5tT5h，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、.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10(T500°C熱處理0.2飛h，并自然冷卻至室溫得到厚度為0.5-30 μ m的ZnO納米棒聚集體薄膜。其中，步驟I)所述的溶劑為無水乙醇、異丙醇、無水乙醇、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)過常規(guī)的預(yù)處理。步驟2)膜制備方法為旋涂法，手術(shù)刀刮涂法、滴覆法或絲網(wǎng)印刷膜法。步驟3)所述的鋅源為硝酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅；所述的氨源為環(huán)六亞甲基四胺、氨水或氯化銨。與現(xiàn)有ZnO —維材料相比以及一維材料制備技術(shù)相比較，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):I)本專利技術(shù)所制備的納晶/納米棒聚集體薄膜綜合了納晶聚集體的強(qiáng)吸附容量和納米棒的電子直線傳輸(即抑制的電子復(fù)合)。實(shí)驗(yàn)表明，由該專利技術(shù)方法制備的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜用于DSC或HSC電極上具有高效的光電轉(zhuǎn)換效率。2 )本專利技術(shù)所提供的方法工藝簡(jiǎn)單，可控性和重復(fù)性強(qiáng)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明圖1、實(shí)施例1制備的ZnO納晶/納米棒聚集體聚集體薄膜的掃描電鏡照片。其中生長(zhǎng)液為濃度40mM的六水硝酸鋅和環(huán)六亞甲基四胺(HMT)的水溶液。圖2、實(shí)施例2制備的ZnO納晶/納米棒聚集體聚集體薄膜的斷面掃描電鏡照片。其中生長(zhǎng)液為濃度IOmM的六水硝酸鋅和環(huán)六亞甲基四胺(HMT)的水溶液；圖3、實(shí)施I制備的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜及對(duì)比例I所得的ZnO納晶聚集體薄膜的1-V曲線。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)例來對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，但本專利技術(shù)并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1I)納晶聚集體晶種溶液的配置:將粒徑為500nm左右的ZnO納晶聚集體充分研磨后加入無水乙醇中，攪拌，超聲分散后，配置成0.5g/ml的ZnO聚集體池液；2)納晶聚集體晶種層的制備:將所得濁液采用手術(shù)刀刮涂法在預(yù)處理過的ITO導(dǎo)電玻璃上制備ZnO薄膜，而后將Zn0薄膜在馬弗爐中于350°C煅燒60min，冷卻至室溫得到聚集體晶種層；3) ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的水熱制備過程:將步驟2制得涂有納晶聚集體晶種層的ITO導(dǎo)電玻璃倒置于生長(zhǎng)液中，于90°C水熱反應(yīng)3h，待反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，經(jīng)洗滌后，晾干。生長(zhǎng)液:濃度均為40mM的六水硝酸鋅和環(huán)六亞甲基四胺(HMT)的混合水溶液；4) ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的后處理:將步驟3)制好的ZnO薄膜于200°C熱處理lh，冷卻至室溫。由測(cè)厚儀測(cè)得所制備的納晶/納米棒聚集體薄膜膜厚為5-15 μ m。從圖1中可以看出，所制備的納晶/納米棒聚集體薄膜是在納晶聚集體晶種表面生長(zhǎng)起來的，納晶聚集體的直徑約為500nm，納米棒的長(zhǎng)度為400_1000nm，直徑為40nm左右。實(shí)施例2I)納晶聚集體晶種溶液的配置:將粒徑為500nm左右的ZnO納晶聚集體充分研磨后加入無水乙醇中，攪拌，超聲分散后，配置成0.5g/ml的ZnO聚集體池液；2)納晶聚集體晶種層的制備:將所得濁液采用手術(shù)刀刮涂法在預(yù)處理過的ITO導(dǎo)電玻璃上制備ZnO薄膜，而后將Zn0薄膜在馬弗爐中于350°C煅燒60min，冷卻至室溫得到聚集體晶種層；3) ZnO納晶/納米棒聚本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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。

【技術(shù)特征摘要】
1.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0.5-30 μ m。2.制備權(quán)利要求1所述的ZnO納晶/納米棒聚集體薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟: 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0.00rig/ml的ZnO納晶聚集體濁液； 2)納晶聚集體晶種層: 將步驟I)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20(T60(TC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°C 1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：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)，
類型：發(fā)明
國別省市：