圖案化ZnO納米棒陣列的制備及光電化學(xué)電池性能研究.pdf

1、ZnO是室溫下激子束縛能高達(dá)60 meV的II-VI族直接寬禁帶(3.37 eV)半導(dǎo)體材料。納米 ZnO不僅具有納米材料的特性，同時(shí)還兼具半導(dǎo)體材料的特性，在光電子領(lǐng)域有望取代GaN半導(dǎo)體材料，成為受人矚目的新型光電子材料。同樣納米ZnO還在光電化學(xué)電池、生物傳感器、太陽(yáng)能電池、場(chǎng)發(fā)射冷陰極、納米激光、紫外光LD和LED等新型電子器件領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。ZnO納米材料形貌多樣，例如納米線、納米梳、納米環(huán)和納米棒等，是全世界科學(xué)家

2、關(guān)注的研究熱點(diǎn)。雖然 ZnO納米棒陣列的合成已經(jīng)獲得了巨大的進(jìn)步，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，利用快速、簡(jiǎn)單和成本低廉的方法，實(shí)現(xiàn)ZnO納米棒陣列在排列方式、生長(zhǎng)位置和形貌特征的精確調(diào)控，不僅是 ZnO納米棒陣列合成制備在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也是器件性能優(yōu)化的保證。
　　本文采用雙光束激光干涉技術(shù)結(jié)合AR-N4340化學(xué)放大膠和低濃度顯影等手段，制備出曝光面積大和能量分布均勻的圖案化光刻膠模板。曝光時(shí)間為70~80 s時(shí)，所得光刻膠模板最佳

3、。利用光刻膠模板制備出大面積均勻、形貌可控、周期尺寸可調(diào)的 ZnO納米棒陣列，構(gòu)建了基于圖案化 ZnO納米棒陣列的光電化學(xué)電池，并研究了其光電化學(xué)性能。
　　結(jié)合雙光束激光干涉技術(shù)和水熱合成法，制備出條紋狀線形和方形孔洞的圖案化模板并以此生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列。圖案化ZnO納米棒陣列周期約1μm，納米棒陣列直徑為200 nm，高度隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。
　　構(gòu)建了圖案化 ZnO納米棒陣列電化學(xué)電池。結(jié)合雙光束激光干涉技術(shù)和

4、水熱合成法，制備了方形排列的圖案化ZnO納米棒陣列，與普通ZnO納米納米棒陣列相比，比表面積增大6倍，光轉(zhuǎn)氫效率最大達(dá)到0.18％，提高135%。
　　構(gòu)建了圖案化ZnO納米棒陣列/CdS異質(zhì)結(jié)光電化學(xué)電池。采用離子吸附反應(yīng)法在圖案化的ZnO納棒陣列表面沉積CdS納米顆粒。CdS的引入，有效增大可見(jiàn)光吸收范圍、提高光生載流子的轉(zhuǎn)移速率同時(shí)抑制電子空穴的復(fù)合。0 VvsAg/AgCl偏壓下，光電流密度最大達(dá)到1.2 mA cm-2，