[发明专利]在透明电极上制作AAO模板的方法及相应器件

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种规则的纳米多孔阵列结构材料的制备方法及得到的器件。

背景技术

AAO模板(AnodicAluminum oxide，阳极氧化铝模板)是一种具有规则的纳米多孔阵列结构的透明模板，可以通过改变电解时的具体条件方便地调节其特征参数。通过改变电解时所加电压的大小、所选择电解液种类(例如草酸、磷酸、硫酸、铬酸、柠檬酸及其混合酸等)和浓度，可以方便地调节纳米孔间距的大小；采用二次电解或预先抛光铝表面的方法，可以得到相对规则分布的六角形孔分布；若事先采用纳米压印、光刻、附加掩模板等方法，配合以电解电压选择，可以控制孔的分布规律；通过电解后的扩孔过程，可以在一定范围内调节孔径的大小；通过调节电解时所加电压产生的电场方向，可以控制孔的生长方向，如可使孔沿垂直于衬底方向、平行于衬底方向或者其它方向生长。因此，以AAO为模板，可以得到在一定程度内可精确控制的规则纳米阵列结构，包括有机材料和无机材料，此方法简单、便宜，而且方便大面积、大规模制作。

在太阳能电池器件和电致发光器件的制作中，透明电极(如ITO(铟锡氧化物)、FTO(氟锡氧化物)、AZO(掺铝氧化锌)层等)因其高的透光性而被广泛应用。在透明电极上生长规则的纳米阵列柱状结构可以得到某些特殊的效果。例如，目前异质结太阳能电池中碰到的一个阻碍光电转换效率提高的问题就是，在纳米级结构中激子分离后自由载流子向电极的快速转移，如果可以在电极材料上直接生长纳米级柱状结构，可以得到较快的电子或空穴转移速率，从而改善器件的性能。电致发光器件中，在透明电极上生长较规则的纳米柱状阵列，可以利用此结构造成的特殊量子限域效应和大表面积造成的多晶体缺陷等，得到特殊的辐射光谱，从而有利于优化器件的性能或制作特殊用途的器件。

目前，在衬底材料上制作AAO模板主要集中于在Si衬底上。例如：文献1(MingliangTian，Shengyong Xu，Jinguo Wang，Nitesh Kumar，Eric Wertz，Qi Li，Paul M.Campbell，MosesH.W.Chan，and Thomas E.Mallouk“Penetrating the Oxide Barrier in Situ and SeparatingFreestanding Porous Anodic Alumina Films in One Steps”，Nano Letters，5(2005)，697-703)采用SiO_x/Si衬底，Ti作为粘附层，用3vol％的硫酸作为电解液，采用一次电解法得到孔径小于10nm的AAO模板；文献2(Ailing Cai，Haoyue Zhang，Hao Hua and Zhibo Zhang“Directformation of self-assembled nanoporous aluminumoxide on SiO₂and Si Substrates”，Nanotechnology，13(2002)，627-630)在SiO₂/Si和Si衬底上热蒸镀10nm的Ti粘附层，4wt％的草酸作为电解液，采用二次电解法得到规则的孔径30-70nm的AAO模板；文献3(MelissaS，Sander and Le-shon Tan“Nanoparticle Arrays on Surfaces Fabricated Using Anodic AluminaFilms as Templates”，Advanced Functional Materials，13(2003)，393-397)在SiO_x/Si、Si、Au/Ti/Si衬底上，采用草酸或磷酸作为电解液，用二次电解法制得规则多孔结构，孔径25-70nm。