專(zhuān)利名稱(chēng)：氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)的制備方法，特別是涉及一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法。
背景技術(shù)：
基于太陽(yáng)能電池的迅猛發(fā)展，迫切需要采用一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的制備技術(shù)來(lái)拓展太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。文獻(xiàn)“公開(kāi)號(hào)是CN101708471B的中國(guó)專(zhuān)利”公開(kāi)了一種氧化鋅/氧化亞銅納米異 質(zhì)結(jié)光催化材料及其制備方法。文獻(xiàn)采用的是磁控濺射的方法在硅基片上制備ZnCVCu2O異質(zhì)結(jié)，工藝較為復(fù)雜，具體步驟為一、基片的準(zhǔn)備；二、濺射成膜腔抽真空；三、磁控濺射裝置設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)，沉積Cu20薄膜層；四、停機(jī)30分鐘后即得到Cu20薄膜；五、將沉積有Cu20薄膜的硅基底豎直放入裝有醋酸鋅和四氮六亞甲基胺混合溶液的燒杯中，將此燒杯放在水浴鍋中保溫至少6小時(shí)后拿出，冷卻到室溫；用去離子水進(jìn)行清理室溫干燥即得到生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的氧化鋅/氧化亞銅納米異質(zhì)結(jié)光催化材料制備方法工藝復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法。該方法采用電化學(xué)沉積方法在柔性ITO襯底、低溫條件下制備的ZnCVCu2O異質(zhì)結(jié)，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)可見(jiàn)光有較好的吸收，有望在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟Ca)依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底20 40min,后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用。(b)按照摩爾比I :1稱(chēng)量Zn (NO3)2 *6H20和六亞甲基四胺，溶于去離子水中配成濃度均為0. 002-0. OlM的溶液，在磁力攪拌器上攪拌20-40min得到均勻的電解液。(c)在E_corder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl。(d)控制沉積溫度在40_70°C，橫電位為-I. 3 -I. 6V，控制電化學(xué)沉積時(shí)間在0. 5h-2h后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，在烘干箱中干燥I 2h。(e)稱(chēng)量摩爾比為I :1的CuSO4和檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為
0.02-0. IM的溶液并用0. 5-1. 2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH= 10 12，在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液。(f)在E-corder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl。(g)控制沉積溫度在40-70°C，沉積電位為-0. 5 -0. 6V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu2O, I. 5-3h后得到Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)。(h)用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。本發(fā)明的有益效果是由于采用電化學(xué)沉積方法在柔性ITO襯底、低溫條件下制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，方法簡(jiǎn)單，成本低且對(duì)可見(jiàn)光有較好的吸收，有望在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖I是本發(fā)明方法實(shí)施例I制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的高倍SEM照片。圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例2制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的截面圖。
圖3是本發(fā)明方法實(shí)施例3制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的XRD圖譜。圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例4制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的暗電流-電壓曲線(xiàn)，插圖是電學(xué)性能的測(cè)試圖。圖5是本發(fā)明方法實(shí)施例4在PET-ITO襯底上制備的鉛筆狀Zn0、Cu20薄膜和ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)的吸收光譜。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例參照?qǐng)DI 5。實(shí)施例1，依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底20min，后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用。稱(chēng)量0. 0744g的Zn (NO3)2 6H20和0. 0351g的六亞甲基四胺，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 002M的溶液，然后在磁力攪拌器上攪拌20min得到均勻的電解液。電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在40°C，橫電位為-I. 3V，0. 5h后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，然后在烘干箱中干燥lh。Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)的制備稱(chēng)量0. 399g CuSO4和0. 4804g的檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 02M的溶液并用0. 5M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=10，然后在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液備用。ZnO納米棒的制備如前所述，電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在40°C，沉積電位為-0. 5V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu20，I. 5h后得到Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)，并用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。從圖ISEM照片中可以看到，Cu2O呈現(xiàn)多面體球形，球的半徑大約為I. 5iim，每個(gè)球都由多個(gè)邊長(zhǎng)約為500nm多面體組合而成。實(shí)施例2，依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底25min，后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用。稱(chēng)量0. 1488g的Zn (NO3)2 6H20和0. 0702g的六亞甲基四胺，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 005M的溶液，然后在磁力攪拌器上攪拌25min得到均勻的電解液。電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl。控制沉積溫度在50°C，橫電位為-I. 4V，Ih后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，然后在烘干箱中干燥I. 5h。Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)的制備稱(chēng)量0. 798g CuSO4和0. 9607g的檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 05M的溶液并用0. 8M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=lI，然后在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液備用。ZnO納米棒的制備如前所述，電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在50°C，沉積電位為-0. 5V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu20，2h后得到Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)，并用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。從圖2截面圖中可以看到，多面體球生長(zhǎng)在鉛筆狀納米棒頂端，兩者結(jié)合良好，這為以后IV曲線(xiàn)的測(cè)試提供了條件。實(shí)施例3，依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底35min，后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用。稱(chēng)量0. 2232g的Zn (NO3)2 6H20和0. 1053g的六亞甲基四胺，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 008M的溶液，然后在磁力攪拌器上攪拌35min得到均勻的電解液。電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為 Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在60°C，橫電位為-I. 5V，I. 5h后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，然后在烘干箱中干燥lh。Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)的制備稱(chēng)量I. 197g CuSO4和I. 4412g的檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. 08M的溶液并用IM的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=lI，然后在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液備用。ZnO納米棒的制備如前所述，電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在60°C，沉積電位為-0. 5V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu20，2. 5h后得到Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)，并用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。從圖3XRD圖譜中可以看到，鉛筆狀ZnO納米棒陣列的(002)晶面衍射峰與其標(biāo)準(zhǔn)圖譜JCPDS No. 80-0074完全相符合，這表明所制備的ZnO為的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，而且(002)晶面的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度特別明顯，表明ZnO納米棒陣列排布非常規(guī)整并且沿著c軸垂直于襯底擇優(yōu)生長(zhǎng)。從圖譜中還可發(fā)現(xiàn)Cu2O的(111)衍射峰，這說(shuō)明Cu2O已經(jīng)沉積到鉛筆狀ZnO納米棒陣列表面上，與其形成良好的統(tǒng)一體。實(shí)施例4，依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底40min，后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用。稱(chēng)量0. 2976g的Zn(NO3)2 6H20和0. 1404g的六亞甲基四胺，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. OlM的溶液，然后在磁力攪拌器上攪拌40min得到均勻的電解液。電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在70°C，橫電位為-I. 6V，2h后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，然后在烘干箱中干燥2h。Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)的制備稱(chēng)量I. 596g CuSOjP I. 9216g的檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0. IM的溶液并用I. 2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=12，然后在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液備用。ZnO納米棒的制備如前所述，電化學(xué)沉積是在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行的，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl?？刂瞥练e溫度在70°C，沉積電位為-0. 6V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu20，3h后得到Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)，并用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。圖4所示異質(zhì)結(jié)的非線(xiàn)性I-V曲線(xiàn)是典型的P-N結(jié)曲線(xiàn)，插圖是電學(xué)性能測(cè)試的裝置圖。因?yàn)閆nO在制備過(guò)程中沒(méi)有任何摻雜，是n型半導(dǎo)體，而Cu2O是p型半導(dǎo)體，所以 異質(zhì)結(jié)是由n型的ZnO和p型的Cu2O組成的P-N結(jié)。從圖5可以看出Zn0/Cu20異質(zhì)結(jié)的吸收光譜發(fā)生了明顯改變，在600nm處開(kāi)始吸收?？傊景l(fā)明采用一種新穎的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法。在柔性ITO襯底及低溫條件下采用電化學(xué)方法制備ZnCVCu2O異質(zhì)結(jié)。并且其對(duì)可見(jiàn)光有較好的吸收，有望在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (a)依次采用蒸餾水、無(wú)水乙醇、丙酮、無(wú)水乙醇超聲清洗柔性ITO襯底20 40min，后用去離子水沖洗數(shù)次，烘干備用； (b)按照摩爾比I:I稱(chēng)量Zn(NO3)2WH2O和六亞甲基四胺，溶于去離子水中配成濃度均為0. 002-0. OlM的溶液，在磁力攪拌器上攪拌20-40min得到均勻的電解液； (c)在E-COrder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl ； (d)控制沉積溫度在40-70°C，橫電位為-I.3 -I. 6V，控制電化學(xué)沉積時(shí)間在0. 5h_2h后得到鉛筆狀ZnO納米棒陣列，用去離子水沖洗，在烘干箱中干燥I 2h ;(e)稱(chēng)量摩爾比為I:1的CuSO4和檸檬酸，溶于適量的去離子水中配成濃度均為0.02-0. IM的溶液并用0. 5-1. 2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=10 12，在磁力攪拌器上攪拌30min得到均勻的電解液； (f)在E-corder401電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，采用標(biāo)準(zhǔn)的三電極系統(tǒng)，柔性ITO襯底為工作電極，鉬片為對(duì)電極，參比電極為Ag/AgCl ； (g)控制沉積溫度在40-70°C，沉積電位為-0.5 -0. 6V，在鉛筆狀ZnO納米棒上沉積Cu2O, I. 5-3h 后得到 Zn0/Cu20 異質(zhì)結(jié)； (h)用大量去離子水沖洗，最后在烘干箱中干燥lh。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)的制備方法，用于解決現(xiàn)有的氧化鋅/氧化亞銅納米異質(zhì)結(jié)光催化材料制備方法工藝復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)方案是超聲清洗柔性ITO襯底，稱(chēng)量Zn(NO3)2·6H2O和六亞甲基四胺，溶于去離子水中配成電解液，在電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，柔性ITO襯底為工作電極，鉑片為對(duì)電極，控制沉積溫度40-70℃，橫電位-1.3～-1.6V，得到ZnO納米棒陣列，沖洗、烘干，采用CuSO4和檸檬酸配制電解液，在電化學(xué)工作站上進(jìn)行電化學(xué)沉積，柔性ITO襯底為工作電極，鉑片為對(duì)電極，控制沉積溫度在40-70℃，沉積電位為-0.5～-0.6V，在ZnO納米棒上沉積Cu2O，得到ZnO/Cu2O異質(zhì)結(jié)。由于采用電化學(xué)沉積方法在柔性ITO襯底、低溫條件下制備的氧化鋅/氧化亞銅異質(zhì)結(jié)，方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H01L31/0336GK102732927SQ20121024699
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者李強(qiáng), 樊慧慶, 翟玉純 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)