[00138246]表面活性剂对高度取向ZnO纳米棒阵列的物理化学作用研究

纳米棒阵列结构由于其高的深宽比,允许电子沿长度方向快速传导,同时降低了电子的复合几率,增大了比表面积和对低能量光子的吸收率,是一种理想的半导体光电材料。但由于纳米棒阵列制备的难度和其结构缺陷导致纳米晶太阳电池光电转换效率不高。课题提出利用表面活性剂实现高度取向ZnO纳米棒阵列薄膜的生长。表面活性剂的种类和添加量旨在控制半导体的尺寸和结构、减小组分中的杂质,以及提高结构间的匹配性。利用电沉积技术制备ZnO纳米棒阵列,探索表面活性剂与ZnO纳米棒阵列优化控制规律,并通过控制表面活性剂控制电镀液中离子扩散以及阴极反应的速度,以及控制分子的物理吸附参数,改变溶液粒子的表面扩散。从而控制ZnO纳米棒阵列的生长、排列、长径比等结构和形貌特征。通过全体成员的共同努力,在ITO导电玻璃基底上一步法生长了沿c轴高度取向的ZnO纳米棒阵列薄膜,分析了不同的表面活性剂对ZnO纳米棒阵列的影响作用,得到了如下结论： 1)阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠以及十二烷基磺酸钠本身具有长链结构,这对ZnO的沉积存在一定的静电斥力及空间阻碍作用,在镀液体系中作为分子动态模板作用,形成了ZnO纳米片状及链状结构。 2)阳离子表面活性剂乙二胺四乙酸二钠在水中离解的疏水基的阳离子和Zn（OH）42-通过静电引力形成离子对,阳离子起到了运送生长单元的作用,加快了向ZnO晶体界面输送生长单元Zn（OH）42-的速度。容易形成沿c轴择优生长的纳米棒阵列。并且活性剂的碳烃长链形成一定的空间位阻,避免了ZnO阵列的黏附生长。 3)非离子表面活性剂聚乙二醇400具有络合正离子的能力,与Zn2+易形成配位键。大大降低了溶液中Zn2+浓度,从而减慢其与OH-的反应速率,在电沉积反应起到了稳定剂的作用。并且由于PEG的长链结构使生成的ZnO在很微小的时候就被包覆, 使形成的纳米棒的粒径减小。而非离子表面活性剂OP在反应的过程中有大量的泡沫产生,形成的ZnO薄膜孔隙大,不利于形成高度取向的ZnO阵列薄膜。 4)加入非离子表面活性剂聚乙二醇400控制ZnO纳米棒的直径,以及阳离子表面活性剂CTAB令ZnO沿着c轴方向定向生长。加入复合型表面活性剂得到的ZnO纳米棒直径约60～100nm,晶粒形状更加明显,呈六方棱柱,并且表面颗粒趋于规整。XRD分析表明晶体结构是沿c轴高度取向。 5)将ZnO纳米棒阵列薄膜作为纳米晶染料电池,电池的光照I～V曲线测试结果得到电池各参数：Voc=1.042V,JSC=9.21mA/cm2,FF=0.646,Eff=6.20﹪。 通过系统地研究,本课题已取得大量实验数据和样品,并发表多篇关于该课题的学术论文。