zno纳米棒晶薄膜的溶液化学法制备与性能研究

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1、中文摘要能源与环境问题日益突出，纳米晶太阳能电池(NPC)以其工艺简单，成本低廉以及可望规模化生产等优势成为绿色能源领域的研究热点。本文综述了NPC电池及其光阳极材料的发展，研究了纳米ZnO棒晶薄膜的溶液化学法制备及其在辅助电场下的生长，并对ZnO纳米棒晶薄膜的生长机理进行了讨论。本文采用过饱和硝酸锌／氢氧化钠溶液在ZnO晶种面上制备均匀一致，取向好，长径比大的ZnO纳米捧晶薄膜；用相平衡图和羟基氧化反应讨论了无电场和电场下ZnO薄膜的沉积机理；采用了SEM、XRD、TEM、HRTEM和UV．VIS表征了薄膜的相组成、结晶形貌和透光

2、率。提出了过饱和溶液中ZnO的结晶包括特定表面上的异质成核和随后的晶体生长两个过程；溶液化学法中7_nO纳米棒沿C轴方向层状生长；外加电场下OH氧化，产生的阱增加基底附近的过饱和度，同时电场促进离子的吸附和扩散，降低成核势垒。二者均有助于znO纳米棒的生长。研究了基底的预处理及无电场和电场下各种溶液生长条件如前驱体溶液的浓度、沉积的温度和时间对纳米棒生长的影响。研究表明，制得的ZnO纳米棒直径约25nm，生长1．5h后长600罐00nm。无电场时制得的ZnO纳米棒属纤锌矿结构，而在电场下制得的主要是红锌矿结构。ZnO晶种面的织构对纳

3、米棒的形态具有明显的影响，300-40(PC热处理、急冷或低的拉膜速度或适量PEG添加的条件下制备的晶种面具有更高的晶体取向和较少的表面缺陷。从而导致生长面高的成核密度，使得Zn0纳米棒能够在垂直于基底的方向上择优生长。溶液生长条件对纳米棒的尺寸也具有显著的影响。随溶液前驱体浓度的增加，ZnO纳米棒径略微增大丽棒长显著变大。对于一定浓度的前驱体溶液，纳米棒在特定温度下有最大棒长，且这一最佳温度随前驱体溶液浓度变大而升高。关键词：ZnO纳米棒薄膜溶液化学法辅助电场晶体生长ABSTRACTIncreasingconc锄sonenergy

4、crisisandpollutionproblemarouseconsiderableattentiononnanocrystallinephotoelectrochemicalcells(NPQfortheirpotentialsinsimpleprocess,lowcostandlargescaleproduction．Inthispaper,developmentsonNFCcellsanditsanodewerereviewed．SolutionchemicaldepositionofZnOnanorodthin石11msw

5、ithoutandwithelectricalfieldandtheworkingmechanismwereinvestigated．EquiarealZnOnaorods晰thhighorientationandahi曲aspectratioonZnO—coatedseedsubstrateswerefabricatedfromtheznm03)2／NaOHsupersaturatedsolutions；themechanismswithoutandwithelectricalfieldwerediscussedbascdouth

6、ephasestabilitydiagramforsolidZnOandtheoxidationofOH．Thephasecomposition,crystallinemorphologyandopticaltransmittanceofZnOnanorodthinfilmswe犯analyzedbySEM，XRD，TEM,HRTEMandUV-VIS．ItwasproposedthattwoProcessesalerequiredforcrystallizationinasupersaturatedsolution：heterog

7、eneousnucleationonaspecificsurfaceandsubsequentcrystalgrowth．ThepreparedZnOsin#ecrystalgrowslayerbylayeralongc-axis．TheelectricalfieldenhancesionadsorptiontosubsWateandlowersthenucleationenergybarrierbyincreasingchargeintensity；meanwhileitproducesH+throughoxidationofOH

8、andincreasesproperlythedegreeofsolutionsupersaturationseal"thesubstratesurface．Bothaspectsdofavortorodgrowth．Thefacto