CN102992389A - 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法 - Google Patents

一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102992389A
CN102992389A CN2012105361952A CN201210536195A CN102992389A CN 102992389 A CN102992389 A CN 102992389A CN 2012105361952 A CN2012105361952 A CN 2012105361952A CN 201210536195 A CN201210536195 A CN 201210536195A CN 102992389 A CN102992389 A CN 102992389A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc oxide
zinc
growth
preparation
oxide nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012105361952A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102992389B (zh
Inventor
葛美英
尹桂林
姜来新
汪元元
何丹农
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd filed Critical Shanghai National Engineering Research Center for Nanotechnology Co Ltd
Priority to CN201210536195.2A priority Critical patent/CN102992389B/zh
Publication of CN102992389A publication Critical patent/CN102992389A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102992389B publication Critical patent/CN102992389B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法。该方法采用原子层沉积技术在基片上制备氧化锌种子层，再通过化学溶液法以水溶性锌盐作为前驱体，以三乙醇胺，或二乙醇胺作为表面修饰剂，在碱性条件下在基片上形成ZnO纳米线阵列，该方法操作简单，生长的纳米线直径小，适合在气敏传感器、太阳能电池光阳极等领域中应用。

Description

一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法
技术领域
本发明涉及金属氧化物纳米线阵列的制备技术，具体是涉及一种氧化锌纳米线阵列的制备方法。 
背景技术
为了使太阳电池取代传统的化石燃料，必须构造低成本高效率的光伏器件。降低太阳电池成本，提高其光电转化效率和稳定性的一个重要思想是利用纳米技术，通过构筑纳米结构器件，提高太阳电池对太阳光的有效吸收和利用。 
2005年首次将1-D ZnO纳米线应用到纳米晶太阳电池领域。一方面，通过提高光阳极的比表面积，吸附更多的敏化功能材料，从而提高光阳极的光收集效率和光伏特性；另一方面，增强光阳极的散射性能，增加敏化功能材料吸收光子的几率，进而提高光阳极的对光的吸收效率和光电转换能力。对于纳米晶太阳电池来讲，提高光生电子的传输性能也是提高电池光伏转换能力的重要途径。垂直于导电基底的一维ZnO纳米线高速的电子传输大大增加了电子的扩散长度，减少了光生电子在传输过程中的复合，从而有利于电池器件的光电转换特性。 
通常生长一维ZnO纳米线的方法为水热法，该方法可以制备分散均匀的ZnO纳米线，但是该方法生长的ZnO纳米线难以获得直径小的纳米线阵列，为了提高纳米线的比表面积，使其吸附更多的染料以提高太阳电池的光电转换效率，非常有必要研究一种简单、廉价且适合工业化生产的方法制备小尺寸一维ZnO纳米线阵列，为市场提供一种优质的染料敏化太阳电池光阳极材料。 
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法， 
一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
A．氧化锌种子层的制备：
采用原子层沉积技术在基片上制备氧化锌种子层，具体方法如下：
将原子层沉积系统内腔温度升到40～200℃，打开腔体，将基片放入腔内，腔体内压强降到25hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间在0.05～6秒；之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1～60秒，然后通入氧前驱体，脉冲时间为0.05～6秒；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积50～1000个循环的氧化锌层；马弗炉中300～800℃退火1～10小时；
B. 氧化锌纳米线阵列的生长：
采用化学溶液法生长氧化锌纳米线，具体方法如下：
将氢氧化钠，或氢氧化钾置入三口瓶中，取0．5～5毫升的三乙醇，或二乙醇胺胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入30～50毫升的去离子水，按三乙醇胺，或二乙醇胺胺和锌前驱体摩尔比1：3～5：1称取锌前驱体，配成浓度为0.5M～3M的锌前驱体溶液；将装有氢氧化钠，或氢氧化钾的三口瓶加热到60～90℃，10分钟后，将沉积氧化锌种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液， 10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗，得到生长氧化锌纳米线阵列。
步骤A中所述的锌前驱体为二乙基锌。 
步骤A中所述的氧前驱体为水，或臭氧； 
步骤A中所述的惰性气体为高纯氮，或高纯氩；
步骤B中所述锌前驱体为二水合醋酸锌，或硝酸锌水合物，或硫酸锌水合物，或氯化锌水合物。
通过该方法利用化学溶液法制备，可获得直径较小的ZnO纳米线阵列，进而提高其比表面积，使光阳极吸附更多的染料，为太阳电池提供一种更有效的光阳极材料。 
本发明的方法是利用溶液法制备ZnO纳米线阵列，通过溶液中表面修饰剂和前驱体比例的变化调控纳米线的直径，使其可以用于染料敏化太阳电池的光阳极材料。该方法合成工艺简单、廉价且适合工业化生产，有望降低染料敏化太阳电池的生产成本。 
本发明利用溶液法在玻璃基片上生长一维ZnO纳米线阵列，本发明的优点在于：该方法生长的ZnO纳米线直径较小，具有较大的比表面积和均一的尺寸分布；制备方法简单，成本低，且容易控制ZnO纳米线的直径，可以利用ZnO纳米线做染料敏化太阳电池的光阳极材料，以期制备出高效率价格便宜的光伏器件。 
附图说明
图1为本发明制备的ZnO纳米线阵列的SEM图。 
图2为实施例1制备的ZnO纳米线阵列的XRD图。  
具体实施方式
实施例1： 
ZnO种子层的制备：
将原子层沉积系统内腔温度升到150℃，打开腔体，将基片放入腔内；腔体内压强降到25 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间为0.1 s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为5s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为0.1 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积100个循环的ZnO层；马弗炉中400℃退火2小时。
ZnO纳米线阵列的生长： 
称取2 g的NaOH粉末置入三口瓶中，取1 ml的三乙醇胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入25 ml的去离子水，称取7 g的六水合硝酸锌，溶解于25 ml去离子水中，配成锌前驱体溶液。将装有NaOH的三口瓶加热到70oC约10分钟后，将沉积ZnO种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液，约10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗。
附图1给出了本实施例制备的ZnO纳米线阵列的SEM图。由SEM图可以看出，ZnO纳米线的直径分布在80 nm~90nm范围内，且尺寸分布均匀。附图2为ZnO纳米线的XRD图。XRD数据结果显示，所得纳米线为标准六角纤锌矿ZnO，衍射峰与ZnO的标准卡片JCPDS card number 36-1451对应。 
实施例2： 
ZnO种子层的制备：
将原子层沉积系统内腔温度升到150℃，打开腔体，将基片放入腔内；腔体内压强降到25 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间为0.5 s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为5s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为0.5 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积200个循环的ZnO层；马弗炉中400℃退火3小时。
ZnO纳米线阵列的生长： 
称取4 g的NaOH粉末置入三口瓶中，取3 ml的三乙醇胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入50 ml的去离子水，称取10 g的六水合硝酸锌，溶解于50 ml去离子水中，配成锌前驱体溶液。将装有NaOH的三口瓶加热到80oC约10分钟后，将沉积ZnO种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液，约10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗。所得ZnO纳米线直径分布在90±10 nm。
实施例3： 
ZnO种子层的制备：
将原子层沉积系统内腔温度升到200℃，打开腔体，将基片放入腔内；腔体内压强降到25 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间为1 s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为5s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积100个循环的ZnO层；马弗炉中500℃退火2小时。
ZnO纳米线阵列的生长： 
称取2 g的NaOH粉末置入三口瓶中，取1 ml的二乙醇胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入25 ml的去离子水，称取5 g的二水合醋酸锌，溶解于25 ml去离子水中，配成锌前驱体溶液。将装有NaOH的三口瓶加热到70oC约10分钟后，将沉积ZnO种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液，约10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗。所得ZnO纳米线直径分布在70±10 nm。
实施例4： 
ZnO种子层的制备：
将原子层沉积系统内腔温度升到150℃，打开腔体，将基片放入腔内；腔体内压强降到25 hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间为1 s，之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为5s，然后通入氧前驱体，脉冲时间为1 s；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积100个循环的ZnO层；马弗炉中500℃退火2小时。
ZnO纳米线阵列的生长： 
称取2.8 g的KOH粉末置入三口瓶中，取0.5 ml的二乙醇胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入25 ml的去离子水，称取4 g的七水硫酸锌，溶解于25 ml去离子水中，配成锌前驱体溶液。将装有KOH的三口瓶加热到70oC约10分钟后，将沉积ZnO种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液，约10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗。所得ZnO纳米线直径分布在90±20 nm范围内。 

Claims (5)

1.一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：
A．氧化锌种子层的制备：
采用原子层沉积技术在基片上制备氧化锌种子层，具体方法如下：
将原子层沉积系统内腔温度升到40～200℃，打开腔体，将基片放入腔内，腔体内压强降到25hPa以下，用惰性气体清洗反应腔；将锌前驱体通入反应腔，脉冲时间在0.05～6秒；之后通入惰性气体清洗未反应的前驱体，脉冲时间为1～60秒，然后通入氧前驱体，脉冲时间为0.05～6秒；之后用惰性气体清洗未反应的氧前驱体，完成一个沉积氧化锌的循环；如此重复，在基片表面沉积50～1000个循环的氧化锌层；马弗炉中300～800℃退火1～10小时；
B. 氧化锌纳米线阵列的生长：
采用化学溶液法生长氧化锌纳米线，具体方法如下：
将氢氧化钠，或氢氧化钾置入三口瓶中，取0．5～5毫升的三乙醇，或二乙醇胺胺置于三口瓶中，向三口瓶中加入30～50毫升的去离子水，按三乙醇胺，或二乙醇胺胺和锌前驱体摩尔比1：3～5：1称取锌前驱体，配成浓度为0.5M～3M的锌前驱体溶液；将装有氢氧化钠，或氢氧化钾的三口瓶加热到60～90℃，10分钟后，将沉积氧化锌种子层的基片置入三口瓶中；滴入锌前驱体溶液， 10分钟后，将溶液温度降至室温；取出基片，用酒精和水冲洗，得到生长氧化锌纳米线阵列。
2.根据权利要求1所述的一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于， 步骤A中所述的锌前驱体为二乙基锌。
3.根据权利要求1所述的一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于，步骤A中所述的氧前驱体为水，或臭氧。
4.根据权利要求1所述的一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于，步骤A中所述的惰性气体为高纯氮，或高纯氩。
5.根据权利要求1所述的一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于，步骤B中所述锌前驱体为二水合醋酸锌，或硝酸锌水合物，或硫酸锌水合物，或氯化锌水合物。
CN201210536195.2A 2012-12-13 2012-12-13 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法 Expired - Fee Related CN102992389B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210536195.2A CN102992389B (zh) 2012-12-13 2012-12-13 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210536195.2A CN102992389B (zh) 2012-12-13 2012-12-13 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102992389A true CN102992389A (zh) 2013-03-27
CN102992389B CN102992389B (zh) 2015-02-18

Family

ID=47921595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210536195.2A Expired - Fee Related CN102992389B (zh) 2012-12-13 2012-12-13 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102992389B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103364446A (zh) * 2013-06-28 2013-10-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种用于气敏传感器的稀土掺杂氧化锌纳米线的制备方法
CN105271361A (zh) * 2015-10-28 2016-01-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种树枝状氧化锌纳米线阵列的制备方法
CN106756898A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 湖北大学 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法
CN108630770A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 神华集团有限责任公司 一种薄膜太阳能电池及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006130647A (ja) * 2004-10-29 2006-05-25 Sharp Corp パターニングされたＡＬＤＺｎＯシード層を用いたＺｎＯのナノ構造の選択的な成長
CN101012621A (zh) * 2007-01-30 2007-08-08 东华大学 一种纤维制品上氧化锌纳米棒薄膜的制备方法
US20090035457A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Samsung Electronics Co., Ltd. METHOD FOR FABRICATING ZnO THIN FILMS
CN101415860A (zh) * 2006-03-29 2009-04-22 伊斯曼柯达公司 原子层沉积方法
CN102021535A (zh) * 2010-12-21 2011-04-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的低温制备方法
CN102492987A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 南京工业大学 柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006130647A (ja) * 2004-10-29 2006-05-25 Sharp Corp パターニングされたＡＬＤＺｎＯシード層を用いたＺｎＯのナノ構造の選択的な成長
CN101415860A (zh) * 2006-03-29 2009-04-22 伊斯曼柯达公司 原子层沉积方法
CN101012621A (zh) * 2007-01-30 2007-08-08 东华大学 一种纤维制品上氧化锌纳米棒薄膜的制备方法
US20090035457A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Samsung Electronics Co., Ltd. METHOD FOR FABRICATING ZnO THIN FILMS
CN102021535A (zh) * 2010-12-21 2011-04-20 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 铝掺杂氧化锌透明导电薄膜的低温制备方法
CN102492987A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 南京工业大学 柔性衬底上溶液法生长ZnO纳米线阵列的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JONGMIN LIM ET AL.: "Effects of substrate temperature on the microstructure and photoluminescence properties of ZnO thin films prepared by atomic layer deposition", 《THIN SOLID FILMS》 *
张琳丽等: "水浴法制备形貌可控的一维ZnO纳米和微米棒", 《半导体学报》 *
徐志堃等: "ZnO薄膜的性质对水热生长ZnO纳米线阵列的影响", 《发光学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103364446A (zh) * 2013-06-28 2013-10-23 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种用于气敏传感器的稀土掺杂氧化锌纳米线的制备方法
CN103364446B (zh) * 2013-06-28 2016-08-17 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 一种用于气敏传感器的稀土掺杂氧化锌纳米线的制备方法
CN105271361A (zh) * 2015-10-28 2016-01-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种树枝状氧化锌纳米线阵列的制备方法
CN105271361B (zh) * 2015-10-28 2017-03-08 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种树枝状氧化锌纳米线阵列的制备方法
CN106756898A (zh) * 2016-11-23 2017-05-31 湖北大学 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法
CN106756898B (zh) * 2016-11-23 2019-10-11 湖北大学 抗菌疏水性ZnO纳米棒的制备方法
CN108630770A (zh) * 2017-03-15 2018-10-09 神华集团有限责任公司 一种薄膜太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102992389B (zh) 2015-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiu et al. Current progress in developing metal oxide nanoarrays-based photoanodes for photoelectrochemical water splitting
Phuan et al. Prospects of electrochemically synthesized hematite photoanodes for photoelectrochemical water splitting: A review
JP4714844B2 (ja) ポーラス酸化亜鉛膜形成用前駆体の製造方法、ポーラス酸化亜鉛膜の製造方法
CN101845664B (zh) 一种高取向单晶二氧化钛纳米线阵列薄膜的低温制备方法
CN101767814B (zh) 由三种维度单元构建的多级结构氧化锌及其制备方法
CN102646745A (zh) 一种光伏器件及太阳能电池
Guo et al. Hierarchical TiO 2–CuInS 2 core–shell nanoarrays for photoelectrochemical water splitting
CN105039938B (zh) 一种单源前驱体制备α-三氧化二铁薄膜的光电极的方法
CN102569508A (zh) 一种纳米线阵列结构薄膜太阳能光伏电池及其制备方法
CN108579724B (zh) 一种透明导电基底上生长的[010]方向钒酸铋纳米管晶体阵列及其制备和应用
CN104724758A (zh) 一种wo3纳米片层材料的制备方法
CN102992389B (zh) 一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法
CN102760581A (zh) 一种二氧化钛光电极及其制备方法
CN102637755B (zh) 一种纳米结构czts薄膜光伏电池及其制备方法
CN105293563A (zh) 氧化锌纳米片簇及其制备方法
Jiang et al. Low-temperature hydrothermal synthesis of flower-like ZnO microstructure and nanorod array on nanoporous TiO2 film
CN107680816B (zh) 多孔Ti负载空心针状NiCo2S4对电极的制备方法
CN107268022B (zh) α-Fe2O3多孔纳米棒阵列光阳极材料的制备方法及应用
CN101127308A (zh) 一种室温条件下沉积非晶硫化锌薄膜的方法
CN102897722B (zh) 一种α-In2Se3纳米花球溶剂热合成方法
CN104282440A (zh) 一种硫族量子点敏化氧化物半导体光阳极的制备方法
Sadeghnejad et al. In Situ Biomineralization of Cu x Zn y Sn z S4 Nanocrystals within TiO2-Based Quantum Dot Sensitized Solar Cell Anodes
CN102061498B (zh) 一种场发射用注射器状ZnO纳米结构阵列的制备方法
CN107937969A (zh) 一种GN‑Sb2Se3复合薄膜的制备方法
CN104409214A (zh) 一种量子点修饰太阳电池光阳极的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150218

Termination date: 20171213

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee