[发明专利]一种Y掺杂ZnO纳米棒阵列制备方法

说明书

本发明公开了一种Y掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法。将乙酸锌溶解于无水乙醇中，加入单乙醇胺作为稳定剂并搅拌，采用浸渍提拉法在FTO导电玻璃上镀ZnO薄膜，然后退火得到ZnO晶种层；将硝酸锌和六次甲基四胺溶于去离子水中并搅拌，后加入硝酸钇得到生长溶液；将上述已镀ZnO晶种层的FTO导电玻璃置于生长溶液中进行水热生长，生长完成后取出置于乙醇溶液中进行超声处理并吹干，最后退火处理得到所述的Y掺杂ZnO纳米棒阵列。本发明在紫外‑可见光范围内光吸收得到提高，极大提高了量子点敏化ZnO太阳能电池光阳极的捕光效率。原料来源广，反应条件温和、易于控制，无需添加活性剂，环境友好，有利于市场化应用和推广。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料制备技术领域，具体涉及一种Y掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法。

背景技术

ZnO是直接带隙半导体材料，其室温带隙为3.37eV，激子束缚能为60meV，具有良好的化学稳定性和热稳定性，在紫外探测器、太阳能电池、压敏纳米陶瓷等领域中有着广泛的应用。特别是低维ZnO纳米材料，不但具有大的比表面积，而且具有小尺寸效应和量子尺寸效应。因此，低维ZnO纳米材料除了具有体材料的优异特性外，还具有独特的电学、光学和化学性质。有序排列的ZnO纳米棒阵列被广泛地应用于量子点敏化太阳电池的光阳极中，主要原因如下几点：

1)ZnO的电子迁移率约为205～1000cm²·V^-1·s^-1，比TiO₂的(0.1～4cm²·V^-1·s^-1)高2～3个数量级，有利于光生电子的传输；

2)ZnO具有较高的导带底电位，有利于减少载流子复合和形成较大的开路电压；

3)ZnO纳米棒阵列可增强入射太阳光的散射，提高光子的捕获率；

4)提供了光生电子的直接传输通道，有效地缩短了电子的传输路径。

然而纯ZnO纳米材料作为光电极材料仅对紫外光有吸收，限制其对太阳光的有效利用。

发明内容

针对纯ZnO存在仅对紫外有光吸收的问题，本发明提供一种Y掺杂ZnO纳米棒阵列的制备方法，所制备的Y掺杂ZnO纳米棒阵列在紫外-可见光范围内光吸收得到提高，极大提高了量子点敏化ZnO太阳能电池光阳极的捕光效率。该方法使用的原料来源广，反应条件温和、易于控制，无需添加活性剂，环境友好，有利于市场化应用和推广。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种Y掺杂ZnO纳米棒阵列制备方法，包括以下步骤：

1)ZnO晶种层制备

将乙酸锌溶解于无水乙醇中，加入单乙醇胺作为稳定剂并搅拌，采用浸渍提拉法在FTO导电玻璃上镀ZnO薄膜，然后退火得到ZnO晶种层；

2)掺Y生长溶液的配置

将硝酸锌和六次甲基四胺溶于去离子水中并搅拌，后加入硝酸钇得到生长溶液；

3)Y掺杂ZnO纳米棒阵列的制备

将上述已镀ZnO晶种层的FTO导电玻璃置于生长溶液中进行水热生长，生长完成后取出置于乙醇溶液中进行超声处理并吹干，最后退火处理得到所述的Y掺杂ZnO纳米棒阵列。

按上述方案，步骤1中单乙醇胺与乙酸锌的摩尔比为1:1，Zn²⁺摩尔浓度为0.5mol/L。

按上述方案，步骤1中浸渍提拉法的浸渍时间为4～6min，提拉速度为60～70mm/min。

按上述方案，步骤1中退火样品温度为300～400℃，时间为2～3h。