[发明专利]一种枝状异质结纳米线阵列结构材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米线阵列结构材料的制备方法，尤其是涉及一种枝状的Si/ZnO异质结纳米线阵列结构材料的制备方法。该异质结纳米线阵列特别适用于作提高表面积和曲率效应的太阳能电池和光催化领域。

背景技术

ZnO具有透明性高、电阻率低以及激子束缚能(60eV)比较大等特性,能够广泛应用到短波光电器件、光电探测器、发光二极管以及太阳能电池等众多领域(参见文献1：Bagnall D M,Chen Y F,Zhu Z,et al.,Optically pumped lasing of ZnO at room temperature[J].Applied Physics Letters,1997,70(17):2230-2232；2:Wei Z P,Lu Y M,Shen D Z,et al.,Room temperature p-n ZnO blue-violet light-emitting diodes[J].Applied Physics Letters,2007,90(4):042113-1-042113-3.)。但是，ZnO材料禁带宽度较大，为3.37eV，在可见光范围内没有吸收，所以在很多领域的应用受到了限制,为了扩展对光的吸收范围，需要将ZnO和一种窄禁带的半导体材料相结合，而Si是一种最常见应用最广泛的窄禁带(1.12eV)半导体材料(见文献3：Kelzenberg M D，Boettcher S W，Petykiewicz J A，et al.,Enhanced absorption and carrier collection in Si wire arrays forphotovoltaic applications[J].Nature Materials,2010,9(4):368-368；4：Qu Y Q，Cheng R，Su Q，et al.,Plasmonic enhancements of photocatalytic activity of p/n-Si/Ag photodiodes using Au/Ag core/shell nanorods[J].Journal of the American Chemical Society，2011，133(42):16730-16733)。通过将ZnO纳米线和Si纳米线结合构成三维的枝状结构不仅可以利用二者的禁带宽度，而且枝状结构能够有效地提高表面积和增大曲率效应。

虽然已有文献报道通过化学气相沉积法、分子束外延法等制备这种枝状结构纳米线阵列（见文献5：Lugstein1A,Andrews A M,Steinmair M,et al.,Growth of branched single-crystalline GaAs whiskers on Si nanowire trunks[J].Nanotechnology,2007,18:355306-1-5；6：Doerk G S,Ferralis N,Carraro C and Maboudian R,Growth of branching Si nanowires seeded by Au–Si surface migration[J].Journal of Materials Chemistry,2008,18:5376-5381）但这种制备方法需要复杂的生长设备，成本高、效率低，且所制备的结构难以控制或难以重复。也有文献结合金属辅助化学刻蚀法和水热法制备这种异质结纳米线阵列（见文献7：Shi M M,Pan X W,Qiu W M,et al.,Si/ZnO coreeshell nanowire arrays for photoelectrochemical water splitting[J].International Journal of Hydrogen Energy,2011,36:15153-15159；8：徐志堃,赵东旭,孙兰兰等,树形结构Si/ZnO纳米线阵列的制备及光学性能[J].发光学报,2012,33(7):760-763），但工艺过程中采用基片正面朝上或朝下的生长方式，所制备的异质结纳米线要么形成同轴结构，要么形成冰花点缀的树形结构，在结点的控制和应用上受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种枝状异质结纳米线阵列结构材料的制备方法，在Si纳米线表面沉积一层ZnO薄膜，通过水热法在Si纳米线阵列上生长了ZnO纳米线，从而得到具有枝状异质结纳米线阵列结构材料。

本发明包括以下步骤：