CN103570055B - 一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 - Google Patents
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103570055B CN103570055B CN201310562808.4A CN201310562808A CN103570055B CN 103570055 B CN103570055 B CN 103570055B CN 201310562808 A CN201310562808 A CN 201310562808A CN 103570055 B CN103570055 B CN 103570055B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- zinc oxide
- pyramid
- hours
- react
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于由以下工艺步骤组成：(a)育种；(b)制备反应溶剂；(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为85-98℃下反应40-48小时，再于环境温度为45-55℃下反应40-48小时，最后于环境温度为85-98℃下反应20-24小时；(d)洗涤干燥。本发明为一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，方法简单，制备温度低、制备成本低，该制备方法得到的金字塔型纳米线阵列的比表面积更大，应用于太阳能电池，能显著提高太阳能电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体的说，涉及一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁能源，过去的几十年中太阳能电池研究取得巨大成就，其中染料敏化太阳能电池、量子点敏化的太阳能电池具有安全无毒，转化效率较高，成本低廉的优点受到研究重视。金属氧化锌纳米材料因为电子具有较大的流动性、丰富的形貌和较宽的带隙常用来做量子点敏化太阳能电池、染料敏化电池的光阳极。
目前纳米氧化锌的常用制备方法有溶剂热方法、电化学方法等，而制备方法不同，其得到的纳米阵列形貌也不同，制备得到的氧化锌纳米阵列形貌多样，主要结构有纳米线阵列、纳米棒阵列、纳米管阵列和纳米森林阵列等，不同形貌的氧化锌纳米材料在不同的领域都存在着潜在的应用价值。
同时研究发现材料的形貌对氧化锌光阳极太阳能电池的光电转化效率有重要影响，其中CdS量子点敏化的氧化锌纳米棒、纳米管和纳米森林的太阳能电池的光电转化效率分别为0.5%、1.08%和1.34%。但是随着科技的发展，对氧化锌纳米材料的要求越来越高，对其太阳能电池的光电转化效率要求就更好，因此迫切的需要能提高太阳能电池光电转化效率的氧化锌纳米阵列。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明的目的在于提供一种制备温度低、制备成本低金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，该制备方法得到金字塔型纳米线阵列的比表面积更大，应用于太阳能电池，能显著提高太阳能电池的光电转化效率。
本发明目的是这样实现的：
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其关键在于由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先配制醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮、酒精清洗FTO导电玻璃，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；所述旋涂法具体为：首先在导电面上滴一滴醋酸锌酒精溶液(20-40μL)溶液，然后以转速800-900转/分旋转10秒，然后以速度2000转/分旋转20-30秒，这样醋酸锌就均匀的涂在玻璃导电面上。
(b)制备反应溶剂：将硝酸锌、环六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺和氢氧化铵配成混合水溶液；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为85-98℃下反应40-48小时，再于环境温度为45-55℃下反应40-48小时，最后于环境温度为85-98℃下反应20-24小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米线阵列。
上述步骤(c)加热反应为：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为95℃下反应48小时，再于环境温度为50℃下反应48小时，最后于环境温度为95℃下反应24小时。
上述步骤(c)加热反应为：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为90℃下反应45小时，再于环境温度为45℃下反应45小时，最后于环境温度为90℃下反应20小时。
上述步骤(b)制备反应溶剂中硝酸锌、环六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺和氢氧化铵的物质的量之比为2∶2∶0.5∶35，得到的混合溶液浓度为0.395mol/L。
上述醋酸锌酒精溶液的物质的量浓度为5mmol/L。
上述保温加热设备可选择马弗炉、电阻炉或烘箱。
氧化锌纳米阵列在制备过程中对于反应温度和反应时间的要求十分严格，反应温度和反应时间出现差错均会造成制备得到的氧化锌纳米阵列形貌的不同，本方法中特别是加热反应中的反应温度和反应时间的掌控尤为重要，将育种后的玻璃基片放置溶液中，如果在温度为95℃的环境条件下保持3-5小时得到氧化锌纳米阵列；将其置于温度为95℃左右的环境中3-5小时，然后置于环境温度为60℃左右环境中16-20小时，得到氧化锌纳米管阵列；将其置于95℃左右环境中约48小时，然后置于温度为60℃左右环境中约24小时，然后在95℃环境中约24小时得到的则为纳米森林阵列，因此金字塔型氧化锌纳米线阵列在制备过程中加热反应中的反应温度和反应时间都必须在其范围内，缺少一步加热或任何一个温度出现差错都会导致制备失败。
本发明方法采用三阶段加热的熔剂热的方法，改变反应温度和时间制备出新型貌的金字塔型氧化锌纳米线阵列，该形貌氧化锌的制备方法还未见报道。相对于目前常用的氧化锌纳米棒阵列、纳米管阵列和纳米森林阵列，金字塔型的氧化锌纳米材料具有较高比表面积、较高吸收系数、较高光电转化效率和较高电子传输率等优良性质。
1、本发明方法制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列的形貌
如图1、图2、图3和图4所示，金字塔型纳米氧化锌阵列由长为5μm、直径为50nm的纳米线构成，周围5μm范围内的纳米线向中心纳米线倾斜，形成一个底部宽顶部尖的金字塔型结构，与图4中氧化锌纳米棒阵列、氧化锌纳米管阵列、氧化锌纳米森林阵列和常规氧化锌纳米线阵列进行比较，本发明得到的金子塔型纳米线阵列结构上具有显著的区别，这些金子塔型纳米线相互连接构成渔网状结构。该结构中的纳米线比氧化锌纳米棒阵列、氧化锌纳米管阵列、氧化锌纳米森林阵列和常规氧化锌纳米线阵列中的纳米线更细，表明金字塔型纳米线阵列具有更高的比表面积，因此对入射光线具有很好的俘获作用。
随光线射入，折射率会随着入射光线深入折射率变化，实质就是单位体积内塔尖空气多氧化锌纳米线少、塔底氧化锌纳米线多空气少，形成折射率变大的效应，即该结构使入射光线的折射率逐渐增加，降低反射率，提高光的吸收，提高光电转化效率。
此外大的表面积CdS量子点有很好的吸附作用，同时金字塔型结构将CdS量子点网在结构内部，增加了CdS量子点的沉积量，有效的提高了其光电转化效率。
2、本发明方法制备得到的金字塔型氧化锌纳米阵列的光伏特性
如图5和表1所示：一定范围内，纳米线长度越长其光电转化效率越高，纳米线长度为12.5μm的常规氧化锌纳米线阵列比纳米线长度为5μm的常规氧化锌纳米线阵列的光电转化效率更高，但是从表1得出的数据能明确地得出：金字塔型氧化锌纳米线阵列却比纳米线长度为12.5μm的常规氧化锌纳米线阵列的管道转化效率更高，并且金字塔型氧化锌纳米线阵列的光电转化效率明细高于氧化锌纳米棒阵列、纳米管阵列和纳米森林阵列的光电转化效率。
因此本发明方法制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列能显著地提高量子点敏化的ZnO纳米材料的光伏特性，显著地提高太阳能电池的光电转化效率。
表1为CdS量子点敏化的氧化锌纳米棒阵列、纳米管阵列、纳米森
林阵列、常规纳米线阵列和金字塔型纳米线阵列的光伏特性对比数据
有益效果：
本发明为一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，方法简单，制备温度低、制备成本低，该制备方法得到的金字塔型纳米线阵列的比表面积更大，应用于太阳能电池，能显著提高太阳能电池的光电转化效率。
附图说明
图1为本发明制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列的低倍电镜扫描图；
图2为本发明制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列的高倍电镜扫描图；
图3为本发明制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列的XRD图；
图4为氧化锌纳米棒阵列、氧化锌纳米管阵列、氧化锌纳米森林阵列和常规氧化锌纳米线阵列的电镜扫描图，(其中a为氧化锌纳米棒阵列；b为氧化锌纳米管阵列；c为氧化锌纳米森林阵列；d为常规氧化锌纳米线阵列)；
图5为分别用本发明制备得到的金字塔型氧化锌纳米线阵列与氧化锌纳米棒阵列、氧化锌纳米管阵列、氧化锌纳米森林阵列和常规氧化锌纳米线阵列(常氧化锌纳米线阵列中纳米线长度为12.5μm)作CdS量子点敏化太阳能电池光阳极时的电流密度-电压曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先将5mmol的醋酸锌放入1L的无水酒精中，然后搅拌，使其均匀溶解，配制得到5mmol/L的醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮清洗FTO导电玻璃两次，用酒精清洗FTO导电玻璃一次，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；
(b)制备反应溶剂：将0.02mol的硝酸锌、0.02mol的环六亚甲基四胺、0.005mol的聚乙烯亚胺和0.35mol的氢氧化铵配成0.395mol/L的混合水溶液；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于温度为95℃的烘箱中反应48小时，再于温度为50℃的烘箱中反应48小时，最后于温度为95℃的烘箱中反应24小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米阵列。
实施例2
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先将5mmol的醋酸锌放入1L的无水酒精中，然后搅拌使其均匀溶解，配制得到5mmol/L的醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮清洗FTO导电玻璃两次，用酒精清洗FTO导电玻璃一次，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；
(b)制备反应溶剂：将0.02mol的硝酸锌、0.02mol的环六亚甲基四胺、0.005mol的聚乙烯亚胺和0.35mol的氢氧化铵配成0.395mol/L的混合水溶液；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于温度为90℃的烘箱中反应45小时，再于温度为45℃的烘箱中反应45小时，最后于温度为90℃的烘箱中反应20小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米阵列。
实施例3
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先将5mmol的醋酸锌放入1L的无水酒精中，然后搅拌，使其均匀溶解，配制得到5mmol/L的醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮清洗FTO导电玻璃两次，用酒精清洗FTO导电玻璃一次，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；
(b)制备反应溶剂：将0.02mol的硝酸锌、0.02mol的环六亚甲基四胺、0.005mol的聚乙烯亚胺和0.35mol的氢氧化铵配成0.395mol/L的混合水溶液；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于温度为85℃的烘箱中反应44小时，再于温度为55℃的烘箱中反应40小时，最后于温度为98℃的烘箱中反应22小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米阵列。
实施例4
一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先将5mmol的醋酸锌放入1L的无水酒精中，然后搅拌，使其均匀溶解，配制得到5mmol/L的醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮清洗FTO导电玻璃两次，用酒精清洗FTO导电玻璃一次，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；
(b)制备反应溶剂：将0.02mol的硝酸锌、0.02mol的环六亚甲基四胺、0.005mol的聚乙烯亚胺和0.35mol的氢氧化铵配成0.395mol/L的混合水溶液；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于温度为98℃的烘箱中反应44小时，再于温度为50℃的烘箱中反应44小时，最后于温度为85℃的烘箱中反应23小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米阵列。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，如反应时间、反应温度、反应溶剂中各组分添加比例等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于由以下工艺步骤组成：
(a)育种：首先配制醋酸锌酒精溶液；然后用丙酮、酒精清洗FTO导电玻璃，于50℃下干燥，再将醋酸锌酒精溶液滴在FTO导电玻璃的导电面，采用旋涂法使醋酸锌酒精溶液均匀分布在FTO导电玻璃的导电面上；
(b)制备反应溶剂：将硝酸锌、环六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺和氢氧化铵配成混合水溶液；所述硝酸锌、环六亚甲基四胺、聚乙烯亚胺和氢氧化铵的物质的量之比为2：2：0.5：35，得到的混合溶液浓度为0.395mol/L；
(c)加热反应：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为85-98℃下反应40-48小时，再于环境温度为45-55℃下反应40-48小时，最后于环境温度为85-98℃下反应20-24小时；
(d)洗涤干燥：取出样品，用去离子水清洗，再于50℃下干燥，得到金字塔型氧化锌纳米阵列。
2.根据权利要求1所述的一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于所述步骤(c)加热反应为：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为95℃下反应48小时，再于环境温度为50℃下反应48小时，最后于环境温度为95℃下反应24小时。
3.根据权利要求1所述的一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于所述步骤(c)加热反应为：首先将FTO导电玻璃的导电面朝下漂浮在所述反应溶剂液面上，然后于环境温度为90℃下反应45小时，再于环境温度为45℃下反应45小时，最后于环境温度为90℃下反应20小时。
4.根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法，其特征在于所述醋酸锌酒精溶液制备为：将 5mmol 的醋酸锌放入 1L 的酒精溶液中，然后搅拌，使其均匀溶解，配制得到 5mmol/L 的醋酸锌酒精溶液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310562808.4A CN103570055B (zh) | 2013-11-11 | 2013-11-11 | 一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310562808.4A CN103570055B (zh) | 2013-11-11 | 2013-11-11 | 一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103570055A CN103570055A (zh) | 2014-02-12 |
| CN103570055B true CN103570055B (zh) | 2015-04-15 |
Family
ID=50042863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310562808.4A Expired - Fee Related CN103570055B (zh) | 2013-11-11 | 2013-11-11 | 一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103570055B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105931753B (zh) * | 2016-04-29 | 2017-06-20 | 中山大学 | 一种具有反衬金字塔凹坑阵列的可折叠、可卷曲自支撑银导电膜的制备方法 |
| CN109553123B (zh) * | 2018-12-05 | 2020-11-20 | 江苏大学 | 一种冰山状ZnO微米材料及其制备方法 |
| CN113277490B (zh) * | 2021-05-14 | 2022-10-04 | 同济大学 | 一种基于生物质的碳基复合材料及其制备方法和用途 |
| CN114506874B (zh) * | 2022-03-16 | 2023-07-28 | 安徽工程大学 | 一种对称“金字塔”纳米氧化锌的制备方法、产品及应用 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101319370B (zh) * | 2008-06-24 | 2010-12-15 | 济南大学 | 一种控制氧化锌纳米棒/纳米管阵列取向和形貌特征的方法 |
| CN102222728B (zh) * | 2011-05-24 | 2013-01-09 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 硅基太阳能电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法 |
-
2013
- 2013-11-11 CN CN201310562808.4A patent/CN103570055B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103570055A (zh) | 2014-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104362412B (zh) | 一种ZnO/g-C3N4纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN104465118B (zh) | 一种蜂窝结构石墨烯/氧化锌纳米棒复合薄膜、制备方法及应用 | |
| CN103570055B (zh) | 一种金字塔型氧化锌纳米线阵列的制备方法 | |
| CN105336862A (zh) | 一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN101901693A (zh) | 石墨烯复合染料敏化太阳能电池的光阳极及其制备方法 | |
| CN105810442A (zh) | 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法 | |
| CN102723208B (zh) | 一维氧化锌-二氧化钛核壳结构复合纳米线阵列的制备方法 | |
| CN104952963B (zh) | 一种用于钙钛矿太阳能电池的TiO2‑ZnO异质结纳米棒的制备方法 | |
| CN106540673A (zh) | 一种三维TiO2/ZnO异质结阵列的合成方法 | |
| CN105336501A (zh) | 纳米银和二氧化钛协同修饰氧化锌纳米线阵列及制备方法 | |
| CN105047826A (zh) | 一种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107482120A (zh) | 一种基于复合电子传输层的钙钛矿电池及制备方法 | |
| CN103474245A (zh) | 一种染料敏化太阳能电池用氧化锡薄膜电极材料及其制备方法 | |
| CN105244445A (zh) | 一种杂化异质结太阳能电池的制备方法 | |
| CN106128772B (zh) | 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法 | |
| CN103871750B (zh) | 锐钛矿TiO2纳米树状阵列及其在太阳能电池制备中的应用 | |
| CN106475118A (zh) | 一种用于光电催化的核壳结构纳米复合材料的制备方法 | |
| CN103866389A (zh) | 一种碳纤维上多孔单晶纳米片TiN制备方法和用途 | |
| CN105304819A (zh) | 一种包含钙钛矿材料的太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105576132B (zh) | 基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN102543456B (zh) | 染料敏化太阳能电池用氧化锌薄膜电极材料及其制备方法 | |
| CN102254702A (zh) | 一种复合光阳极材料及在染料敏化电池制备中的应用 | |
| CN107732014B (zh) | 一种基于三元无机体型异质结薄膜的太阳电池及其制备方法 | |
| CN101465215A (zh) | 纳米晶介孔TiO2厚膜材料的制备方法 | |
| CN107705993B (zh) | 染料敏化太阳电池氧化铜纳米棒阵列对电极及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for 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: 20150415 Termination date: 20151111 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |