表面Au改性增强ZnO光阳极性能实验设计

设计了一种新型的半导体光电化学性能实验,该光电化学系统是由ZnO纳米棒阵列光阳极、Pt对电极、饱和甘汞参比电极以及电解液构成.首先,运用水热法在氟掺杂氧化锡（FTO）导电基体材料上生长结构有序的ZnO纳米棒阵列,然后采用光沉积的方法在ZnO纳米棒表面沉积适量纳米Au颗粒得到Au/ZnO纳米棒阵列.通过扫描电子显微镜分析材料的微观形貌,利用紫外-可见光漫反射吸收光谱、光电化学和电化学阻抗谱等方法测试分析ZnO光电极材料的各项性能.证实了通过在ZnO阵列上负载合适浓度的Au颗粒会显著改善其光电响应,降低其界面电荷转移电阻.该实验不仅能培养本科生严谨的科学研究态度,而且能开发其创新潜能,提高其解决复杂工程问题的能力.     

水热法制备ZnO纳米棒阵列及其表征

采用两步低温水热法在Si片衬底上制备形貌规整的ZnO纳米棒阵列,纳米棒长度约为5μm.利用扫描电镜(SEM)、PL光谱测试对ZnO纳米棒的微观表面形貌和光学特性进行表征分析.探究制备过程中两次水热的生长液浓度对ZnO纳米棒形貌的影响,通过表征对比获得最优的生长液浓度范围.实验首先利用提拉退火等工序在衬底上获得ZnO的晶种层,再经过两次水热反应制备出分布均匀、有序生长、取向一致的较为理想的纳米棒阵列.     

两步水浴法制备ZnO纳米棒阵列的研究

通过预加热处理完成了氧化锌（ZnO）种子层的制备,在种子层退火之后利用水浴法生长制备了排列有序的ZnO纳米棒阵列.采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和光致发光光谱（PL）分析了ZnO纳米棒阵列的表面形貌、结构和光学性质,考察了预处理温度和水洗时间对产物性能的影响.结果表明：预处理温度较低时无法形成ZnO种子层;制备的ZnO纳米棒阵列是纤锌矿结构;随着水浴时间的延长,ZnO纳米棒的长度逐渐增加.     

仿生制备氧化锌纳米棒阵列超疏水表面

通过模仿荷叶表面微观结构和表面化学成分的方法,以玻璃为基底在溶液中生长ZnO纳米棒并经表面低自由能化修饰,从而成功制备了ZnO纳米棒阵列超疏水表面.经接触角测量仪表征,该超疏水表面静态水接触角为156°,扫描电镜分析表明所制备的ZnO纳米棒均具有100 nm左右的直径,这种微纳米的复合结构是赋予材料表面超疏水性能的主要因素.最后采用Cassie模型对该超疏水表面的超疏水性能进行了理论分析.     

化学水浴法制备柔性衬底的ZnO纳米棒阵列

利用化学水浴法在预先制备的聚酰亚胺(PI)/ZnO薄膜衬底上生长ZnO纳米棒阵列。通过X线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO纳米棒阵列进行表征。考察衬底的性质、反应溶液的浓度、反应温度和反应时间对ZnO纳米棒阵列的影响。结果表明:c轴取向生长的ZnO薄膜衬底有助于形成六棱柱形ZnO纳米棒晶体。水溶液环境中生长的ZnO纳米棒晶体长径比受到反应溶液浓度和温度的影响。ZnO生长初期c轴方向生长速度较快,经过一段时间后纳米棒的直径开始增大,并且能和周围的纳米棒晶体融合生长形成更大的纳米棒晶体。     

基于ZnO纳米棒的太阳电池表面陷光技术研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si（100）衬底进行ZnO纳米棒结构制备实验研究。所制备的纳米棒结构直径约20-200nm,长度约几个微米。通过分析影响＂陷光＂性能的结构参数,调整制备工艺条件,可获得符合太阳电池表面＂陷光＂要求的结构。     

ZnO/TiO_2分级纳米结构的制备及气敏性能

采用静电纺丝法和水热法制备了ZnO/TiO_2分级纳米结构,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对材料的表面形貌和晶体结构进行了表征,并研究了ZnO/TiO_2分级纳米结构传感器的气敏特性.结果表明,ZnO/TiO_2分级纳米结构是ZnO纳米锥柱阵列均匀生长在TiO_2纳米纤维的表面,且水热法生长ZnO纳米锥柱阵列的过程未改变TiO_2纳米纤维的晶体结构.与ZnO纳米锥柱和TiO_2纳米纤维气敏元件相比,ZnO/TiO_2分级纳米结构气敏元件具有更高的灵敏度,且对丙酮具有较好的选择性.     

微波水热法制备ZnO/氧化石墨烯及其光电化学性能研究

利用微波水热法在316L不锈钢片基底上制备一维ZnO纳米阵列/氧化石墨烯(ZnO/GO)复合材料,借助SEM、TEM、UV-Vis及可见光光照下的恒电位i-t曲线等手段,对加入氧化石墨烯浓度不同的ZnO/GO样品的形貌、结构及光电化学性能进行表征。结果表明,ZnO纳米棒均匀垂直于316L不锈钢基底生长,GO片层嵌入在ZnO纳米棒结构中间;GO的引入促进了ZnO中产生的光生电子-空穴对的分离,从而使ZnO/GO复合材料相较于ZnO具有更佳的光电化学性能。当加入GO溶液浓度为0.5mg/mL时,所制样品中ZnO纳米棒阵列发育完善、排列致密,样品的光电流密度达到18μA/cm~2,为纯一维ZnO纳米结构相应值的3.6倍。     

ZnO/Cu2O异质结的制备及其光电性能研究

通过两步法制备了由ZnO纳米棒阵列和Cu2O薄膜组成的异质结。首先利用低温湿化学法在掺氟的SnO2导电玻璃(比较FTO)上生长ZnO纳米棒阵列,然后在ZnO纳米棒阵列上通过水热法继续生长Cu2O薄膜,形成ZnO/Cu2O异质结。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪的表征结果得知,ZnO纳米棒阵列具有很好的c轴取向性,其长度为1μm;而Cu2O薄膜的厚度为1.5μm,其(111)面优先沿ZnO的(002)面外延生长。与ZnO纳米棒阵列相比,ZnO/Cu2O异质结在可见光范围内吸收强度明显增强。在模拟太阳光照射下(AM 1.5,100mW/cm2),由ZnO/Cu2O异质结构成的太阳能电池器件的开路电压为0.36V,短路电流密度为7.8mA/cm2,对应的填充因子为31%,光电转换效率为0.86%。     

Sb2S3纳米粒子敏化ZnO微纳分级结构的光电化学性能

采用电化学沉积方法,选择聚乙二醇(PEG-400)和乙二胺(EDA)为添加剂,直接在ITO导电玻璃上制备了有序阵列的ZnO纳米棒,以及ZnO纳米棒上生长纳米棒微纳分级结构。采用化学浴沉积法均匀沉积Sb2S3纳米粒子,制备了Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构和Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、瞬态光电流等分析手段对其形貌、结构和光电化学性能进行了表征和测试。研究表明,Sb2S3/ZnO纳米棒上生长纳米棒分级壳核结构阵列膜的光电流明显高于Sb2S3/ZnO纳米棒壳核结构阵列。     

图案化氧化锌在能源器件中的应用

ZnO作为一种典型的直接带隙宽禁带半导体材料极具开发潜力和应用价值.随着图案化技术的不断发展优化,ZnO纳米棒阵列的精确可控制备逐步得到实现.本文综述了利用激光限域技术制备图案化ZnO纳米棒阵列的方法,并详述了其在太阳能电池和光电化学电池中的应用.激光干涉法制备的ZnO纳米阵列比表面积大且具有直线传输的优势,运用于光伏器件和电化学电池中增加了光吸收同时利于载流子传输,器件性能显著提高.图案化ZnO纳米棒阵列具有可控的三维空间结构,广泛应用关于各类能源器件中,具有极大的研究和应用价值.     

The use of electro-deoxidation in molten salts to reduce the energy consumption of solar grade silicon and increase the output of PV solar cells

Solar photovoltaics, based upon silicon, are the most popular form of solar cell with efficiencies around 20%. These efficiencies can be further increased by employing light trapping schemes to minimise optical losses through scattering and reflection which enhances the amount of light absorbed and number of photo-carriers generated. Typical approaches employ antireflection coatings (ARCs) or texturise the surface of the silicon disks, so that the structure consists of an array of needles which can absorb most of the light. Usually, these structures are created by leaching the silicon with hydrofluoric-based acids or by reactive ion etching (RIE) methods. This paper reviews some of the methods for improving the energy efficiency of silicon production, and describes the use of electro-deoxidation of SiO2 layers, on silicon, in molten calcium chloride to form nano-porous black silicon (b-Si) structures. By coating b-Si surface with TiO2, a common ARC, extremely black surfaces with negligible reflectance of about 0.1%, are produced, which can have applications for low-cost high efficiency solar cells.     

化学水浴法制备ZnO阵列及其光伏性能研究

采用溶胶旋转涂覆技术和化学水浴两步工艺法制备了ZnO阵列,研究了种晶层对ZnO阵列的形貌、晶体结构的影响,并考察了所制备的ZnO阵列用作染料敏化太阳电池光电极的光伏性能.结果表明：沿（O02）晶面择优生长的种晶层,可为ZnO阵列的有序生长起到诱导作用,尤其是当种晶层面朝下放置时,ZnO阵列基本保持了种晶的结晶取向和尺寸大小,棒状阵列直径为50100nm.由此阵列作为光电极构成的DSCs的短路电流和填充因子较低,从而使得光电转换效率处于较低水平,主要原因可能是阵列太致密、薄膜厚度小,使得染料的吸附量低所致.     

氧化锌纳米线阵列的无模板法制备

报道了一种氧化锌纳米线阵列的无模板电沉积制备方法.这种方法制备的氧化锌纳米线阵列具有（0001）趋向.单根氧化锌纳米线具有很好单晶结构，因而氧化锌阵列具有优异的紫外发光特性.其生长过程可以概括为衬底诱导的趋向氧化锌晶核在平衡状态下的快速生长.     

ZnO纳米棒阵列的两步法制备及其在DSCs中的应用

采用溶胶凝胶法一水热法两步工艺法制备了ZnO纳米棒阵列,研究了溶胶凝胶法制备种晶层的形貌、晶体结构、透光性能和对水热法制备ZnO阵列的遗传性,以及基于ZnO阵列光阳极DSCs的光电性能。实验结果表明：种晶层沿（002）方向择优生长,颗粒大小在50～100nm之间,其透光率随厚度的增加呈下降趋势;基于种晶层生长的ZnO阵列很好的保持了种晶的尺寸大小和结晶取向,沿（002）方向垂直生长。由此阵列作为光阳极构成的DSCs的短路电流（JSC）和填充因子（FF）较低,分别为4．70mAYcm2和0．39,从而使得转换效率（η）只有1．18％,主要原因可能是ZnO与染料的结合太弱以及对染料的吸附量太低。     

图形化ZnO纳米杆的生长与表征

为了得到具有较好紫外发射特性的ZnO纳米杆阵列,以氢气腐蚀过的GaN薄膜为衬底,在较低的温度(105°C)下采用水浴法制备图形化ZnO纳米杆阵列。对制备的样品进行结构和形貌表征,并通过对比实验研究氢气腐蚀处理的影响。结果表明,氢气腐蚀过的GaN薄膜衬底,有利于形成致密、均匀、定向排列的ZnO六边形图案,符合螺旋位错驱使的生长机制。     

增强广谱吸收硅表面

为增强黑硅的广谱吸收性能,在氢氧化钠/异丙醇(NaOH/IPA)体系下对单晶硅进行金字塔表面织构的基础上,采用金纳米粒子辅助湿法化学方法做了进一步刻蚀.利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外—可见—近红外分光光度计对表面形貌和反射光谱进行了表征与测量.结果表明:增强广谱吸收硅表面具有纳米/微米双尺寸陷光结构,在350~2 500nm波段平均反射率低于5.5%.     

CdTe包覆TiO2纳米棒壳核结构有序阵列与P3HT杂化太阳电池研究

采用水热法在含氟二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了有序的金红石型TiO2纳米棒阵列,在TiO2纳米棒阵列上电沉积CdTe纳米晶构成了CdTe包覆TiO2壳核式纳米棒阵列(CdTe/TiO2),然后将聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯溶液旋涂到CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列上构成P3HT包覆CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列的复合结构(P3HT/CdTe/TiO2),在P3HT/CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列复合结构上使用离子溅射法喷镀Au膜构制Au-P3HT/CdTe/TiO2结构的杂化太阳电池,实验测得以Au-P3HT/CdTe/TiO2结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率为0.91%。     

Vertically aligned ZnO nanorods on porous silicon substrates: Effect of growth time

Vertically aligned ZnO nanorods were successfully grown on porous silicon(PS) substrates by chemical bath deposition at a low temperature.X-ray diffraction, field-emission scanning electron microscopy(FESEM), transmission electron microscopy(TEM), and photoluminescence(PL)analyses were carried out to investigate the effect of growth duration(2 h to 8 h) on the optical and structural properties of the aligned ZnO nanorods. Strong and sharp ZnO(0 0 2) peaks of the ZnO nanorods proved that the aligned ZnO nanorods were preferentially fabricated along the c-axis of the hexagonal wurtzite structure. FESEM images demonstrated that the Zn O nanorod arrays were well aligned along the c-axis and perpendicular to the PS substrates regardless of the growth duration. The TEM image showed that the top surfaces of the ZnO nanorods were round with a smooth curvature. PL spectra demonstrated that the ZnO nanorods grown for 5 h exhibited the sharpest and most intense PL peaks within the ultraviolet range among all samples.