專(zhuān)利名稱(chēng)：一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極及其制備方法
一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池的 ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極，還涉及所述ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于半導(dǎo)體量子點(diǎn)或納米晶具有吸收效率較高、禁帶寬度可調(diào)、抗光降解性能高及多激子產(chǎn)生效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，一維陣列電極則能有效減少電子散射和電子傳輸路徑， 提高電子擴(kuò)散長(zhǎng)度和光伏路徑，研究人員逐漸采用量子點(diǎn)或納米晶來(lái)敏化一維氧化物納米陣列電極，以制備半導(dǎo)體敏化太陽(yáng)能電池(簡(jiǎn)稱(chēng)SSSC)。在SSSC結(jié)構(gòu)中，由于ZnO和TiO2禁帶寬度較寬，對(duì)可見(jiàn)光的透過(guò)率較高，且化學(xué)和光穩(wěn)定性較高，所以通常用作為核心電極， 常用的量子點(diǎn)材料一般是PbS、CdSe, CdS和CdTe等，其中由于CdTe有較高的光學(xué)系數(shù)和較窄的帶隙(1.5eV，與太陽(yáng)光譜非常匹配)，對(duì)提高光的吸收效率非常有利。然而，當(dāng)采用納米晶或量子點(diǎn)來(lái)敏化電極時(shí)，敏化劑的載量非常有限，并且量子點(diǎn)(或納米晶)/電解液界面及ZnO/量子點(diǎn)(或納米晶)界面處的電子復(fù)合損失嚴(yán)重，進(jìn)而影響電極的光電化學(xué)性能。為了解決上述問(wèn)題，制備氧化物納米陣列(核)/半導(dǎo)體(殼)結(jié)構(gòu)(即納米電纜) 電極是一種不錯(cuò)的選擇。例如Yong等人制備的ZnO/CdS納米電纜陣列電極型電池，效率提高到 3. 53%，參見(jiàn) Tak Y.等人，《J. Mater. Chem.》2009，19 (33)，第 5945-5951 頁(yè)；Myung Y.等人，《ACSNano》，2010，4(7)，第3789-3800頁(yè)。最近，本發(fā)明人采用ZnO/CdTe納米電纜陣列電極構(gòu)筑電池，飽和光電流達(dá)到了 6mA/cm2，Xina Wang等人，《ACSNano》，2010，4(6)，第 3302-3308 頁(yè)。此外，雙層或多層納米晶共敏化技術(shù)也被用來(lái)改善電池的光伏性能。例如，Minsu seoul等人則采用CdS和CdSe量子點(diǎn)共敏化ZnO納米線技術(shù)，通過(guò)內(nèi)層CdS作為籽晶來(lái)提高外層CdSe的光學(xué)性能，并利用CdS和CdSe之間的協(xié)調(diào)效應(yīng)，進(jìn)而更利于電子的前向傳輸，使電池的飽和光電流和效率分別提高到9. 15mA/cm2,優(yōu)于單獨(dú)使用CdS或CdSe的結(jié)果， 參見(jiàn) Minsu seoul 等人，《Electrochemistry communications)), 2010,12，第 1416-1418 頁(yè)， 劉勇等人利用CdS/CdSe量子點(diǎn)雙敏化TiO2納米線薄膜，通過(guò)在5 μ m的TiO2納米線上修飾雙量子點(diǎn)，將電池的飽和電流和效率分別提高到7. 92mA/cm2和1. 14%，參見(jiàn)Ming Li等人， 《J. Appl. Phys)), 2010,108,094304]。然而，目前多層敏化結(jié)構(gòu)電極的研究還局限于CdS和 CdSe共敏化體系，對(duì)CdTe參與的共敏化技術(shù)則很少涉及。總概而言，現(xiàn)有技術(shù)還存在一些缺陷或不足。首先是吸收光譜的范圍有限；其次是電極與電解液長(zhǎng)時(shí)間接觸時(shí)，容易被腐蝕，化學(xué)和電學(xué)穩(wěn)定性均差；最后是制備工藝復(fù)雜， 不易控制和重復(fù)。鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明人在總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究，終于完成了本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容[要解決的技術(shù)問(wèn)題] 本發(fā)明的目的是提供一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供所述ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備方法。[技術(shù)方案]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明涉及一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。該ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極是由按照從里到外順序的ITO導(dǎo)電玻璃襯底、 ZnO緩沖薄膜層、ZnO納米線陣列層、CdTe納米電纜層與CdS納米晶保護(hù)層組成的；其中ZnO緩沖薄膜層的厚度是20-40nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米線的直徑是50_100nm與長(zhǎng)度0. 5-3 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是3-30nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是2-20nm ；飽和光電流密度達(dá)到12. 4mA/cm3。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的ZnO緩沖薄膜的厚度是25-35nm。在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是60-80nm與長(zhǎng)度0. 8-2. 5ym;CdTe 納米電纜層的厚度是5-25nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是4-15nm。本發(fā)明還涉及所述ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備方法。該方法的步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_3-10_5Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度300 400°C與真空度0. 1 IOPa的條件下濺射陰極ZnO靶材20 30 分鐘，生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列分別稱(chēng)量0. 02g 0. 12g醋酸鋅與0. 04 0. 18g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入8 32ml去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度90-95°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)3-6小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制方法將0. 08 0. 18g氫氧化鉀固體溶入到30_60ml去離子水中，在溫度40-60°C與磁力攪拌下，再加入0. 10 0. 25gg 二氧化碲固體，停止加熱，磁力攪
拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 30 0. 80g氨三乙酸三鈉鹽與0. 12 0. 28g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電壓-0. 6 -1. OV與沉積電量0. 6C 1. IC的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)5 30分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制 備CdS納米晶保護(hù)層0. 2 0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，均勻溶解得到硫化鈉甲醇溶液；0. 3g 1. 3g醋酸鎘固體溶入IOml酒精，均勻溶解得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2 lOmin，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2 IOmin ；如此浸泡循環(huán)5 25次；退火后得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的ITO導(dǎo)電玻璃用去離子水、丙酮、酒精與去離子水分別進(jìn)行超聲清洗5 15分鐘。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于脈沖激光沉積設(shè)備中，使用準(zhǔn)分子激光器與ZnO陶瓷靶，在加熱溫度300°C 400°C與真空度 0. 1 IOPa的條件下進(jìn)行沉積，生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在制備ZnO納米線陣列層時(shí)，在溫度92 94°C的烘箱中進(jìn)行反應(yīng)3. 5 4. 5小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟D)使用0. 10 0. 16g氫氧化鉀 (KOH)、0· 14 0. 20g 二氧化碲(TeO2)固體，0. 40 0. 70g氨三乙酸三鈉鹽與0. 16 0. 24g
醋酸鎘二水合物。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO 導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡4 Smin ；取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡4 8min。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡與在所述的醋酸鎘酒精溶液中浸泡循環(huán)10 15次。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在步驟E)中，所述的退火是在溫度200 450°C與氬氣或氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)1小時(shí)。下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。該電纜陣列電極是由按照從里到外順序的ITO導(dǎo)電玻璃襯底、ZnO緩沖薄膜層、 ZnO納米線陣列層、CdTe納米電纜層與CdS納米晶保護(hù)層組成的；其中ZnO緩沖薄膜層的厚度是20-40nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是50_100nm與長(zhǎng)度0. 5-3 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是3-30nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是2-20nm。ITO導(dǎo)電玻璃是高電阻玻璃、普通玻璃或低電阻玻璃。優(yōu)選地，ZnO緩沖薄膜的厚度是25-35nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是60_80nm與長(zhǎng)度0. 8-2. 5 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是5-25nm ；
CdS納米晶保護(hù)層的厚度是4-15nm。飽和光電流密度達(dá)到12. 4mA/cm2。本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的各層厚度是采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的方法測(cè)定的，使用的測(cè)定儀器的型號(hào)是JE0L，JSM-6700F。該儀器的測(cè)定條件是在室溫條件下進(jìn)行。本發(fā)明的ZnO/Cd Te/CdS納米電纜陣列電極結(jié)構(gòu)示于附圖1中，其中灰色表示ITO 襯底，綠色表示ZnO薄膜層，紅色表示在ITO襯底上生長(zhǎng)的氧化鋅納米線；藍(lán)色表示在氧化鋅納米線外的CdTe殼層；黃色表示在CdTe殼層外沉積的CdS晶體層。本發(fā)明涉及一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備方法。本發(fā)明采用CdTe和CdS來(lái)共敏化ZnO納米線陣列，即形成ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極，其制備方法是在ITO導(dǎo)電玻璃襯底上制備ZnO納米線陣列。這種ZnO納米棒的制備方法主要有熱蒸發(fā)，水熱法，凝膠_溶膠法，脈沖激光沉積法。其中水熱法由于具有工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境友好及可控性高等優(yōu)點(diǎn)，備受研究者的青睞。本發(fā)明人利用溫度、時(shí)間和壓強(qiáng)控制納米線的長(zhǎng)度和直徑。然后，制備CdTe納米電纜層。CdTe納米電纜層的制備方法主要包括化學(xué)水浴法和電化學(xué)沉積法，前者雖然工藝簡(jiǎn)單，但沉積的納米晶體均勻性較差，厚度不易控制且重復(fù)性不好,參見(jiàn)Xuebo Cao等人，((Phys. Chem.》，2008,112，第20560-20566頁(yè)。相對(duì)而言，電化學(xué)沉積方法簡(jiǎn)單，工藝可控性和重復(fù)性均很高，且非常適于本發(fā)明中提到的ITO導(dǎo)電玻璃襯底上的沉積。于是，本發(fā)明人提出在ZnO上沉積CdTe時(shí)使用近中性電解液，以避免強(qiáng)酸或堿性電解液對(duì)ZnO的刻蝕問(wèn)題，請(qǐng)參見(jiàn)Xina Wang等人，《ACS Nano》，2010，4 (6)，第3302-3308 頁(yè)。此外，通過(guò)控制電化學(xué)沉積時(shí)流經(jīng)電極的電量，可以對(duì)沉積的厚度進(jìn)行控制，通過(guò)選擇合適的濃度可以獲得較好的ZnO/CdTe界面并提高CdTe納米電纜層的結(jié)晶質(zhì)量。最后，制備CdS納米晶保護(hù)層，其制備方法包括化學(xué)水浴沉積和連續(xù)離子層吸附和反應(yīng)，前者是直接將樣品浸泡在前驅(qū)液中反應(yīng)一定的時(shí)間即獲得CdS納米晶粒，其結(jié)果是納米晶保護(hù)層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，還由于長(zhǎng)時(shí)間的沉積而導(dǎo)致發(fā)生克肯達(dá)耳效應(yīng)，后者則通過(guò)依次在含有Cd2+和S2-的前驅(qū)液中短時(shí)間浸泡，利用離子的吸附和反應(yīng)來(lái)獲得原子層的 CdS，通過(guò)改變循環(huán)次數(shù)來(lái)控制納米晶的厚度。本發(fā)明的制備工藝既實(shí)現(xiàn)了 CdTe納米晶在ZnO表面的連續(xù)分布從而降低電極與電解液間的電子復(fù)合損失，又克服了 ZnO/CdTe界面的化學(xué)穩(wěn)定性差以及有限的光吸收率等問(wèn)題，同時(shí)靈活控制了 CdTe和CdS的載量及厚度進(jìn)而提高光吸收效率。并且，由于CdTe 和CdS均為立方相且均在水相中沉積，二者有很好的浸潤(rùn)性和工藝兼容性，很容易獲得較高的CdTe/CdS界面質(zhì)量，這對(duì)電子沿納米電纜徑向的傳輸非常有利。因此，本發(fā)明人提出的ZnO/CdTe/CdS雙殼層納米電纜電極既能有效克服界面缺陷，又大大改善了光吸收效率和光電化學(xué)性能。ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極制備方法步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_3-10_5Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)。
所述的ITO導(dǎo)電玻璃分別用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗5-15 分鐘。ITO導(dǎo)電玻璃是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法在其上鍍一層氧化銦錫(俗稱(chēng)ΙΤ0)膜的玻璃。ITO膜層的主要成份是氧化銦錫。在厚度只有幾千埃的情況下，氧化銦透過(guò)率高，氧化錫導(dǎo)電能力強(qiáng)。由 于ITO具有很強(qiáng)的吸水性，所以會(huì)吸收空氣中的水份和二氧化碳，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)，在存放時(shí)要防潮。因此，ITO導(dǎo)電玻璃在清洗后立即轉(zhuǎn)入射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中。ITO導(dǎo)電玻璃有電阻150-500歐姆的高電阻玻璃、電阻60-150歐姆的普通玻璃與電阻小于60歐姆的低電阻玻璃。本發(fā)明使用的是深圳萊寶高科技股份有限公司生產(chǎn)的低電阻10-15歐的ΙΤ0，它是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品，例如蕪湖長(zhǎng)信科技股份有限公司、合肥科晶材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。所述的去離子水是在化工技術(shù)領(lǐng)域里通常使用的除去了呈離子形式雜質(zhì)后的純水。所述的丙酮、酒精是不含有水的，是化工技術(shù)領(lǐng)域里通常使用的產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明，所述的超聲清洗應(yīng)該理解是讓超聲波作用于清洗溶液，以更有效地除去在ITO導(dǎo)電玻璃表面上存在的油污及其他雜質(zhì)的過(guò)程。本發(fā)明在超聲清洗過(guò)程中使用的超聲清洗設(shè)備是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品，例如深圳市科達(dá)超聲自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的超聲波清洗機(jī)。射頻磁控濺射鍍膜機(jī)是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的產(chǎn)品，例如成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度300 400°C與真空度0. 1 IOPa的條件下濺射陰極ZnO靶材20 30min,生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜層；磁控濺射是電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上而形成薄膜。磁控濺射就是以磁場(chǎng)束縛和延長(zhǎng)電子的運(yùn)動(dòng)路徑，改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。射頻磁控濺射鍍膜機(jī)工作基本參數(shù)有磁場(chǎng)強(qiáng)度為50 300G、電場(chǎng)強(qiáng)度為300 800V，功率密度為30W/cm，加熱溫度0°C 300°C，濺射時(shí)間是10 30min等。優(yōu)選地，在射頻磁控濺射鍍膜時(shí)的加熱溫度是320°C -380°C、真空度是0. 1 10Pa，濺射時(shí)間是22-28 分鐘。更優(yōu)選地，在射頻磁控濺射鍍膜時(shí)的加熱溫度是340°C -360°C、真空度是0. 1 lOPa，濺射時(shí)間是24-26分鐘?；蛘?，把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于脈沖激光沉積設(shè)備中，使用準(zhǔn)分子激光器與ZnO陶瓷靶，在加熱溫度300°C _400°C與真空度0. 1 IOPa的條件下進(jìn)行沉積， 生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜。脈沖激光沉積設(shè)備是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的設(shè)備，例如沈陽(yáng)聚智真空設(shè)備有限公司生產(chǎn)的PLD脈沖激光濺射沉積設(shè)備。準(zhǔn)分子激光器是以準(zhǔn)分子為工作物質(zhì)的一類(lèi)氣體激光器件。本發(fā)明使用的準(zhǔn)分子激光器是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的設(shè)備，例如是中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)儀器研制中心有限公司銷(xiāo)售的準(zhǔn)分子激光器。ZnO陶瓷靶是采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)方法獲得高質(zhì)量ZnO薄膜所必需的ZnO 靶材。本發(fā)明使用的ZnO陶瓷靶是目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的，例如北京蒙泰有研技術(shù)公司開(kāi)發(fā)中心銷(xiāo)售的ZnO陶瓷靶。C、制備ZnO納米線陣列ZnO納米棒陣列是采用水熱法制備的。分別稱(chēng)量0.02 0. 12g醋酸鋅與0.04 0. 18g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入8 32ml去離子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度90-95°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)3-6小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；所述的加熱設(shè)備是人們通常使用的加熱設(shè)備，例如烘箱。該反應(yīng)在溫度90_95°C下進(jìn)行3-6小時(shí)，如果該反應(yīng)不足3小時(shí)，則ZnO納米線不夠長(zhǎng)；如果該反應(yīng)超過(guò)6小時(shí)，則ZnO納米線停止生長(zhǎng)，表面出現(xiàn)斷層，優(yōu)選地，該反應(yīng)是 4-5小時(shí)。D、制備CdTe納米電纜層CdTe納米電纜層是采用電化學(xué)沉積的方法制備的。K2TeO3水溶液配制的方法將0. 08 0. 18g氫氧化鉀(KOH)固體溶入到30_60ml 去離子水中，在溫度40-60°C與磁力攪拌下，再加入0. 10 0. 25gg 二氧化碲(TeO2)固體， 停止加熱，磁力攪拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 30 0. 80g氨三乙酸三鈉鹽與0. 12 0. 28g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電壓-0. 6 -1. OV與沉積電量0. 6C-1. IC的條件下進(jìn)行反應(yīng)5 30min，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到一層CdTe納米電纜層。這個(gè)步驟使用的設(shè)備可以是CHI660D電化學(xué)工作站，例如上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的設(shè)備。氨三乙酸三鈉鹽在體積30_60ml K2TeO3水溶液中的質(zhì)量是0. 30 0. 80g，如果氨三乙酸三鈉鹽的質(zhì)量低于0. 30g,則會(huì)造成沉積困難；如果氨三乙酸三鈉鹽的質(zhì)量高于 0. 80g，則會(huì)腐蝕樣品；因此氨三乙酸三鈉鹽的質(zhì)量0. 30 0. 80g是合適的。乙酸鎘二水合物在體積30_60ml K2TeO3水溶液中的質(zhì)量是0. 12 0. 28g時(shí)，如果乙酸鎘二水合物的質(zhì)量低于0. 12g，則會(huì)造成Cd離子不足，出現(xiàn)二氧化碲；如果乙酸鎘二水合物的質(zhì)量高于0. 28g，則會(huì)不易沉積；因此乙酸鎘二水合物的質(zhì)量0. 12 0. 28g是合適的。

優(yōu)選地，在這個(gè)步驟使用0. 10 0. 16g氫氧化鉀(KOH)、0. 14 0. 20g 二氧化碲 (TeO2)固體，0. 40 0. 70g氨三乙酸三鈉鹽、0. 16 0. 24g醋酸鎘二水合物。
Ε、制備CdS納米晶保護(hù)層CdS納米晶是采用連續(xù)離子層吸附和反應(yīng)的方法制備。

0. 2-0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；0. 3g-l. 3g醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2-lOmin，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2-lOmin ；如此浸泡循環(huán)5-25次。退火后得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。優(yōu)選地，如此浸泡循環(huán)8-20次，更優(yōu)選地，如此浸泡循環(huán)10-15次。在這個(gè)步驟中，所述的退火是在溫度200 450°C與氬氣或氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)1小時(shí)。制備得到的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極進(jìn)行了 X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、UV吸收譜與電流密度與電壓(J-V)特性曲線分析。X射線衍射分析使用的儀器是D8-F0⑶S，測(cè)定條件是0. 05° /每步掃描。掃描電子顯微鏡是FE-SEM JEOL，JSM-6700F，測(cè)定是在電壓5_10kV的條件下進(jìn)行的。UV吸收譜分析使用的儀器是UV360，測(cè)定是在常溫常壓下進(jìn)行的。電流密度與電壓(J-V)特性曲線分析使用的儀器是CHI660D，測(cè)定是在常溫常壓下進(jìn)行的。這些分析結(jié)果分別列于附圖2-5中。附圖2是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的XRD圖。由附圖2可以看出 ZnO納米棒陣列為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)(圖2a)，CdTe為多晶取向的立方結(jié)構(gòu)(圖2b)，外層CdS 是多晶立方結(jié)構(gòu)，且對(duì)應(yīng)多個(gè)晶向(圖2c)。附圖3是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的SEM圖。由附圖3可以看出 ZnO納米線的直徑是50-100nm，且與襯底呈一定夾角排列，而CdTe層是沿著ZnO方向生長(zhǎng)， 殼層的厚度大約3-30nm，其外層CdS顆粒均沿CdTe殼層方向生長(zhǎng)，納米晶體厚度2-20nm。附圖4是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的UV吸收譜。由附圖4可以看出，ZnO納米棒的UV吸收譜位于約378nm，在ZnO納米棒外層包裹了 CdTe后，其UV吸收譜提高到約700nm，生長(zhǎng)CdS納米晶后吸收譜范圍紅移到約850nm，與前兩者相比具有更優(yōu)異的光學(xué)質(zhì)量。附圖5是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的J-V曲線。附圖5的結(jié)果表明，ZnO/CdTe納米電纜陣列的飽和電流密度為6. 5mA/cm2, ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的飽和電流密度為12. 4mA/cm2，相比較而言，雙層敏化殼層具有更好的光電化學(xué)性能。[有益效果]本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用磁控濺射法在ITO襯底上制備高質(zhì)量的ZnO籽晶薄膜，并利用水熱法生長(zhǎng)ZnO單晶納米棒陣列，通過(guò)改變生長(zhǎng)時(shí)間、溫度和壓力實(shí)現(xiàn)ZnO納米棒的直徑在 50-100nm、長(zhǎng)度在0.5-3μπι內(nèi)可控。這種方法簡(jiǎn)單低廉，參數(shù)易控制且比較環(huán)保。本發(fā)明制備的雙殼層納米電纜陣列結(jié)構(gòu)電極，提高了電池的光電化學(xué)性能，較之量子點(diǎn)敏化結(jié)構(gòu)，有效克服了界面層的晶格缺陷，降低了氧化物電極與電極，量子點(diǎn)之間，量子點(diǎn)與電解液之間傳輸時(shí)產(chǎn)生的非輻射復(fù)合損失。本發(fā)明在工藝上易于實(shí)現(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)的控制，所制備的雙殼層納米電纜陣列的結(jié)晶性能、界面質(zhì)量都很高。所制備的ZnO納米線陣列尺寸非常適于CdS與CdTe均勻沉積，且通過(guò)調(diào)節(jié)沉積電量可以控制CdTe殼層厚度達(dá)到3-30nm，通過(guò)改變循環(huán)次數(shù)控制CdS厚度達(dá)到2-20nm，進(jìn)而對(duì)整個(gè)ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)CdS和CdTe共敏化技術(shù)，使ZnO/CdTe納米電纜陣列的光電流飽和密度從 6. 5mA/cm2提高到ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列的12. 4mA/cm2。本發(fā)明的CdTe比CdS禁帶寬度小，CdS在外層起到保護(hù)作用；而現(xiàn)有技術(shù)[Minsu seoul等人，((Electrochemistry communications)), 2010,12，第1416-1418頁(yè)]CdS的禁帶寬度比CdSe大，二者接觸時(shí)校準(zhǔn)了費(fèi)米能級(jí)°與現(xiàn)有技術(shù)[Minsu seoul 等人，《Electrochemistry communications》，2010, 12，第1416-1418頁(yè)]相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是吸收光譜的范圍變大，且化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性均好。本發(fā)明的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極克服了現(xiàn)有技術(shù)量子點(diǎn)分散性不高及化學(xué)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，在ZnO/CdTe表面層直接鈍化了一層CdS晶粒，既擴(kuò)大了光吸收范圍，也提高了電極的化學(xué)穩(wěn)定性，為提高電池的轉(zhuǎn)換效率打下一定基礎(chǔ)。



圖1是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極結(jié)構(gòu)圖。紅色表示在ITO襯底上生長(zhǎng)的氧化鋅納米線；藍(lán)色表示在氧化鋅納米線外的CdTe殼層；黃色表示在CdTe殼層外沉積的CdS晶體層。圖2是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的XRD圖。a-ΖηΟ 納米線、b-ZnO/CdTe 納米電纜、c-ZnO/CdTe/CdS 納米電纜。圖3是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的SEM圖。a-ΖηΟ 納米線、b-ZnO/CdTe 納米電纜、C-分別對(duì)應(yīng)的是ZnO/CdTe/CdS納米電纜。圖4是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的UV吸收譜。a-ΖηΟ 納米線、b-ZnO/CdTe 納米電纜、c-ZnO/CdTe/CdS 納米電纜。圖5是本發(fā)明ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的J_V曲線。a-ΖηΟ納米棒線、b-ZnO/CdTe納米電纜、
c-ZnO/CdTe/CdS 納米電纜。
具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例將能夠更好地理解本發(fā)明。實(shí)施例1 :Zn0/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_3Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度300°C與真空度0. IPa的條件下濺射陰極ZnO靶材30分鐘，生長(zhǎng)一層 ZnO緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列分別稱(chēng)量0. 056g醋酸鋅與0. 0440g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入20ml 去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度92°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)5小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法將0. 085g氫氧化鉀(KOH)固體溶入到30_60ml的去離子水中，在溫度60°C與磁力攪拌下，再加入OllSOg 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，磁力攪
拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 3340g氨三乙酸三鈉鹽與0. 1350g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電量0. 6C與沉積電壓-1. OV的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)5分鐘， 在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 4g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；1. 3g醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2min ；如此浸泡循環(huán)10次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度350°C 與氬氣氣氛下退火1小時(shí)，得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是20nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是50nm與長(zhǎng)度3 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是20nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是IOnm ；飽和光電流密度達(dá)到12. 4mA/cm2。實(shí)施例2 ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理 ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_4Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度360°C與真空度IOPa的條件下濺射陰極ZnO靶材24分鐘，生長(zhǎng)一層 ZnO緩沖薄膜層； C、制備ZnO納米線陣列按照與實(shí)施例1相同的方式分別稱(chēng)量0. 0280g醋酸鋅與0. 0440g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入20ml去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有 ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度92°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng) 4小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法稱(chēng)量0. 1620g氫氧化鉀(KOH)固體溶入到30ml的去離子水中，在溫度60°C下磁力攪拌后，加入0.2336g 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，磁力攪
拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 6680g氨三乙酸三鈉鹽與0. 2700g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電量0. 8C與沉積電壓-1. OV條件的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)30 分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；1. Og醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2-6min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2-6min ；如此浸泡循環(huán) 15次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度250°C 與氬氣氣氛下退火1小時(shí)，得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是34nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是80nm與長(zhǎng)度2 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是12nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是2nm;飽和光電流密度達(dá)到8. 18mA/cm2。實(shí)施例3 ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下 A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理 ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_5Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩 沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度340°C與真空度6Pa的條件下濺射陰極ZnO靶材30分鐘，生長(zhǎng)一層ZnO 緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列按照與實(shí)施例1相同的方式0. 1120g醋酸鋅和0. 1740g六亞甲基四胺固體溶入 20ml的去離子水中，均勻溶解后，將這兩種溶液混合均勻后，把步驟B)制備的具有ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度92°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)5小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法將0. 0817g氫氧化鉀(KOH)溶入到30ml的去離子水中， 在60°C溫度下磁力攪拌后，加入0. 1186g 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，磁力攪拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 3360g氨三乙酸三鈉鹽與0. 1350g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電量0. 6C，電壓-1. OV條件的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)20分鐘， 在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；1. 3g醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdT e納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在含有甲醇的Na2S 溶液中浸泡2-5min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2-5min ；如此浸泡循環(huán) 20次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度380°C 與氮?dú)鈿夥障峦嘶?小時(shí)，得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是28nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是65nm與長(zhǎng)度2 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是3nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是16nm。實(shí)施例4 ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_3Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻 磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度320°C與真空度4Pa的條件下濺射陰極ZnO靶材28分鐘，生長(zhǎng)一層ZnO 緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列按照與實(shí)施例1相同的方式分別稱(chēng)量0. 0840g醋酸鋅與0. 1320g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入30ml去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有 ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度95°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng) 6小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法稱(chēng)量0. 1290g氫氧化鉀(KOH)溶入到30ml的去離子水中，在60°C溫度下磁力攪拌后，加入0. 1869g 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，磁力攪拌直
至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 5344g氨三乙酸三鈉鹽與0. 2025g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在沉積電量1. OC與沉積電壓-1. OV條件的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)16分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 2M硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；0. 5M醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡6min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡4min ；如此浸泡循環(huán)25次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度300°C 與氬氣氣氛下退火1小時(shí)，得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是40nm;在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是IOOnm與長(zhǎng)度Iym;
CdTe納米電纜層的厚度是30nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是18nm。實(shí)施例5 ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_4Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；
B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度360°C與真空度4 的條件下濺射陰極SiO靶材20分鐘，生長(zhǎng)一層ZnO 緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列按照與實(shí)施例1相同的方式分別稱(chēng)量0. 1120g醋酸鋅與0. 0880g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入20ml去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有 ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度95°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng) 3小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法稱(chēng)量0. 1620g氫氧化鉀(KOH)溶入到30ml的去離子水中，在60°C溫度下磁力攪拌后，加入0.2336g 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，攪拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 6680g氨三乙酸三鈉鹽與0. 2M0g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電量1. OC與沉積電壓-1. OV條件的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)8分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，混勻得到硫化鈉甲醇溶液；1. Og醋酸鎘固體溶入IOml酒精，混勻得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡aiiin ；如此浸泡循環(huán)25次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度420 V 與氮?dú)鈿夥障峦嘶?小時(shí)，得到所述的SiO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是40nm;在SiO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是80nm與長(zhǎng)度Iym;CdTe納米電纜層的厚度是25nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是20nm;實(shí)施例6 :ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的制備制備步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入成都齊興真空鍍膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度10_3Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜
把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于該射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度400°c與真空度11 的條件下濺射陰極SiO靶材20分鐘，生長(zhǎng)一層SiO 緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列按照與實(shí)施例1相同的方式分別稱(chēng)量0. 0840g醋酸鋅與0. 1740g六亞甲基四胺固體，將兩種固體一起加入25ml去離子水配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有 ZnO緩沖薄膜的ITO導(dǎo)電玻璃置于該混合溶液中，然后在溫度92°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng) 3小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制的方法將0. 0810g氫氧化鉀(KOH)溶入到30的去離子水中， 在加熱60°C溫度下磁力攪拌后，加入0. 1170g 二氧化碲(TeO2)固體，停止加熱，攪拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 3350g氨三乙酸三鈉鹽與0. 1370g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeOdK溶液，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在沉積電量0. 6C與沉積電壓-1. OV條件的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)M分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdT e納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層0. 4g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，均勻溶解得到硫化鈉甲醇溶液；1. Og醋酸鎘固體溶入IOml酒精，均勻溶解得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2-6min，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡^iin ；如此浸泡循環(huán)25次。然后，使用北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司銷(xiāo)售的單管程控?cái)U(kuò)散爐，在溫度與氮?dú)鈿夥障峦嘶?小時(shí)，得到所述的SiO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。采用本說(shuō)明書(shū)中描述的方法測(cè)定得到ZnO緩沖薄膜層的厚度是34nm ；在SiO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是IOOnm與長(zhǎng)度0. 5 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是15nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是20nm。
1權(quán)利要求
1.一種ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極，其特征在于該電纜陣列電極是由按照從里到外順序的ITO導(dǎo)電玻璃襯底、ZnO緩沖薄膜層、ZnO納米線陣列層、CdTe納米電纜層與CdS 納米晶保護(hù)層組成的；其中ZnO緩沖薄膜層的厚度是20-40nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米棒的直徑是50_100nm與長(zhǎng)度0. 5-3 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是3-30nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是2-20nm飽和光電流密度達(dá)到12. 4mA/cm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極，其特征在于ZnO緩沖薄膜的厚度是25-35nm ；在ZnO納米線陣列層中，ZnO納米線的直徑是60-80nm與長(zhǎng)度 0. 8-2. 5 μ m ；CdTe納米電纜層的厚度是5-25nm ；CdS納米晶保護(hù)層的厚度是4-15nm
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極制備方法，其特征在于該方法的步驟如下A、ITO導(dǎo)電玻璃表面預(yù)處理ITO導(dǎo)電玻璃表面順序地用去離子水、丙酮、酒精與去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干，并立即轉(zhuǎn)入射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，在真空度KT3-IO-5Pa的條件下進(jìn)行保護(hù)；B、制備ZnO緩沖薄膜把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于射頻磁控濺射鍍膜機(jī)中，ITO玻璃作為陽(yáng)極基片在加熱溫度300 400°C與真空度0. 1 IOPa的條件下濺射陰極ZnO靶材20 30分鐘，生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜層；C、制備ZnO納米線陣列分別稱(chēng)量0. 02 0. 12g醋酸鋅與0. 04 0. 18g六亞甲基四胺固體，將兩種固體溶入到8 32ml去離子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步驟B)制備的具有ZnO緩沖薄膜的 ITO導(dǎo)電玻璃置于該溶液中，然后在溫度90-95°C的加熱設(shè)備中進(jìn)行反應(yīng)3 6小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層；D、制備CdTe納米電纜層K2TeO3水溶液配制方法將0. 08 0. 18g氫氧化鉀固體溶入到30_60ml去離子水中， 在溫度40-60°C與磁力攪拌下，再加入0. 10 0. 25g 二氧化碲固體，停止加熱，磁力攪拌直至澄清；然后，分別稱(chēng)量0. 30 0. 80g氨三乙酸三鈉鹽與0. 12 0. 28g醋酸鎘二水合物，把它們同時(shí)加到上述K2TeO3水溶液中，磁力攪拌直至澄清。使用上海辰華儀器有限公司銷(xiāo)售的 CHI660D電化學(xué)沉積設(shè)備，把步驟C)制備的具有ZnO納米線陣列的ITO導(dǎo)電玻璃作為工作電極，飽和甘汞電極作為參比電極，Pt片為對(duì)電極，在室溫下，在沉積電壓-0. 6 -1. OV與沉積電量0. 6C 1. IC的條件下在其溶液中進(jìn)行反應(yīng)5 30分鐘，在所述的ZnO納米線陣列層上沉積得到CdTe納米電纜層；E、制備CdS納米晶保護(hù)層.0. 2 0. 5g硫化鈉固體溶入IOml甲醇，均勻溶解得到硫化鈉甲醇溶液；.0. 3g 1. 3g醋酸鎘固體溶入IOml酒精，均勻溶解得到醋酸鎘酒精溶液；把在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡2 lOmin，取出浙干后再放入所述的醋酸鎘酒精溶液浸泡2 IOmin ；如此浸泡循環(huán)5 25次；退火后得到所述的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的ITO導(dǎo)電玻璃用去離子水、丙酮、酒精與去離子水分別進(jìn)行超聲清洗5-15分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于把步驟A)得到的清潔ITO導(dǎo)電玻璃置于脈沖激光沉積設(shè)備中，使用準(zhǔn)分子激光器與ZnO陶瓷靶，在加熱溫度300°C 400°C與真空度 0. 1 IOPa的條件下進(jìn)行沉積，生長(zhǎng)一層ZnO緩沖薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在制備ZnO納米線陣列層時(shí)，在溫度92 94°C的烘箱中進(jìn)行反應(yīng)3. 5 4. 5小時(shí)，在所述的ZnO緩沖薄膜上生成ZnO納米線陣列層。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在步驟D)使用0.10 0. 16g氫氧化鉀、 0. 14 0. 20g 二氧化碲(TeO2)固體、0. 40 0. 70g氨三乙酸三鈉鹽與0. 16 0. 24g醋酸鎘二水合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在步驟D)得到的具有CdTe納米電纜層的 ITO導(dǎo)電玻璃放在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡4 Smin ；取出浙干后再放入醋酸鎘酒精溶液中浸泡4 8min。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在所述的硫化鈉甲醇溶液中浸泡與在所述的醋酸鎘酒精溶液中浸泡循環(huán)10 15次。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于在步驟E)中，所述的退火是在溫度200 450°C與氬氣或氮?dú)鈿夥障路磻?yīng)1小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極及其制備方法。該ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極是由按照從里到外順序的ITO導(dǎo)電玻璃襯底、ZnO緩沖薄膜層、ZnO納米線陣列層、CdTe納米電纜層與CdS納米晶保護(hù)層組成的。通過(guò)CdS和CdTe共敏化技術(shù)，使本發(fā)明的ZnO/CdTe/CdS納米電纜陣列電極的飽和光電流密度提高到12.4mA/cm2。本發(fā)明所涉及的制備工藝簡(jiǎn)單易行，成本低，產(chǎn)率高，具有非常好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102412318SQ20111042178
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉榮, 汪寶元, 王喜娜, 王浩, 王甜 申請(qǐng)人:湖北大學(xué)