[发明专利]一种生长氧化锌纳米线阵列的制备方法

说明书

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：