一种ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极及其制备方法

专利名称：一种ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极及其制备方法
一种ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极及其制备方法
技术领域：
本发明属于半导体纳米材料技术领域。更具体地，本发明涉及用于太阳能电池的 ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极，还涉及所述aiO/CcKe/CcTTe纳米棒阵列光电极的制备方法。
背景技术：
近年来，由于半导体量子点或纳米晶具有吸收效率较高、禁带宽度可调、抗光降解性能高及多激子产生效应等优点，一维阵列电极则能有效减少电子散射和电子传输路径， 提高电子扩散长度和光俘路径，研究人员逐渐采用量子点或纳米晶来敏化一维氧化物纳米阵列电极，以制备半导体敏化太阳能电池(简称SSSC)。在SSSC结构中，由于SiO和TiO2禁带宽度较宽，对可见光的透过率较高，且化学和光稳定性较高，所以通常用作为核心电极， 常用的量子点材料一般是I^bS、CdSe, CdS和CdTe等，其中由于CdTe有较高的光学系数和较窄的带隙(l^eV，与太阳光谱非常匹配)，对提高光的吸收效率非常有利。然而，当采用纳米晶或量子点来敏化电极时，敏化剂的载量非常有限，并且量子点(或纳米晶)/电解液界面及SiO/量子点(或纳米晶)界面处的电子复合损失严重，进而影响电极的光电化学性能。为了解决上述问题，制备氧化物纳米阵列(核)/半导体(壳)结构(即纳米电缆)电极是一种不错的选择。例如^ng等人制备的SiO/CdS纳米电缆阵列电极型电池，效率提高到 3. 53%，参见 Tak Y.等人，《J. Mater. Chem.》2009，19 (33)，第 5945 5951 页；Myung Y.等人，《ACSNano》，2010，4(7)，第3789 3800页。最近，本发明人采用ZnO/CdTe纳米电缆阵列电极构筑电池，饱和光电流达到了 6mA/cm2，Xina Wang等人，《ACS Nano》，2010，4 (6)，第 3302-3308 页。此外，双层或多层纳米晶共敏化技术也被用来改善电池的光伏性能。例如，Minsu seoul等人则采用CdS和Cdk量子点共敏化ZnO纳米棒技术，通过内层CdS作为籽晶来提高外层Cdk的光学性能，并利用CdS和Cdk之间的协调效应，进而更利于电子的前向传输，使电池的饱和光电流和效率分别提高到9. 15mA/cm2,优于单独使用CdS或Cdk的结果， 参见 Minsu seoul 等人，《Electrochemistry communications》，2010,12,第 1416 1418 页，刘勇等人利用CdS/Cdk量子点双敏化TiA纳米棒薄膜，通过在5 μ m的TiA纳米棒上修饰双量子点，将电池的饱和电流和效率分别提高到7. 92mA/cm2和1. 14%，参见Ming Li等人，《J. Appl. Phys》，2010，108，094304]。Hyo Joong Lee 等人在《Chem. Mater.》，2010，22， 第5636-5643页中提到利用ZnS作为保护层来降低Cdk/电解液界面处的电子复合，提高了光电性能，使得电池的饱和光电流达到14mA/cm2，效率达到3. 9%。然而，目前多层敏化结构电极的研究还局限于CdS和CcKe共敏化体系，对CdTe参与的共敏化技术则很少涉及。总概而言，现有技术还存在一些缺陷或不足。首先是吸收光谱的范围有限；其次是电极与电解液长时间接触时，容易被腐蚀，化学和电学稳定性均差；最后是制备工艺复杂， 不易控制和重复。鉴于现有技术存在的缺陷，本发明人在总结现有技术的基础上，经过大量实验研究，终于完成了本发明。
发明内容[要解决的技术问题]本发明的目的是提供一种aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。本发明的另一个目的是提供所述aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极的制备方法。[技术方案]本发明是通过下述技术方案实现的。本发明涉及一种aiO/CcKe/CcTTe纳米棒阵列光电极。该纳米棒阵列光电极是由按照从里到外顺序的ITO导电玻璃衬底、ZnO缓冲薄膜层、ZnO纳米棒阵列层、Cdk壳层与CdTe量子点层组成的；其中ZnO缓冲薄膜层的厚度是20 50nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是20nm 60nm与高度0. 5 3 μ m ；CdSe壳层的厚度是10 60nm ；CdTe量子点层的厚度是10 60nm ；该aiO/Cc^e/CdTe纳米棒阵列光电极的饱和光电流密度达到9 15mA/cm2。根据本发明的一种优选实施方式，所述的ZnO缓冲薄膜的厚度是25 35nm ；在 ZnO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30 50nm与高度1. 5 3. 0 μ m ；CdSe壳层的厚度是20 50nm ；CdTe量子点层的厚度是20 50nm，饱和光电流密度达到14. 3mA/cm2。本发明还涉及所述aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极制备方法。该制备方法的步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗，然后用吹风机吹干，并立即转入射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT3 KT5I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度200 300°C与真空度0. 1 101 的条件下溅射阴极ZnO靶材20 30min,生长一层ZnO缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层分别称量0. 02 0. 12g醋酸锌与0. 04 0. 17g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到8 32ml去离子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度85 95°C的加热设备中进行反应4 6小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层分别称量0. 05 0. 20g乙酸镉二水合物、0. 10 0. 42g氨三乙酸三钠盐、0. 04 0. 20g亚硫酸钠和0. 01 0. 06g硒粉，将这四种粉体加入15 60ml去离子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V与沉积电量0. 6C 1. IC的条件下在其溶液中进行反应5. 0 30. 0分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到CcKe壳层；E、制备CdTe量子点层分别称量0.08 0. 18g氢氧化钾、0. 10 0. 24g 二氧化碲粉末、0. 30 0. 80g氨三乙酸三钠盐与0. 12 0. 28g乙酸镉二水合物，将这四种粉体加入30 60ml去离子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步骤D)制备的具有ZnO纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V 与沉积电量0. 6C-1. IC的条件下在其溶液中进行反应5. 0 30. 0分钟，这时在所述的ZnO 纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，退火得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的ITO导电玻璃用去离子水、丙酮、酒精与去离子水分别进行超声清洗5 15min。根据本发明的另一种优选实施方式，把步骤Α)得到的清洁ITO导电玻璃置于脉冲激光沉积设备中，使用准分子激光器与ZnO陶瓷靶，在加热温度200 300°C与真空度 0. 1 10 的条件下进行沉积，生长一层ZnO缓冲薄膜层。根据本发明的另一种优选实施方式，在制备ZnO纳米棒阵列层层时，在温度88 920C的烘箱中进行反应3. 5 4. 5小时，在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层。根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤D)中，使用0.08 0. 16g乙酸镉二水合物、0. 18 0. 34g氨三乙酸三钠盐、0. 08 0. 16g亚硫酸钠和0. 02 0. 04g硒粉，15 60ml去离子水。根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤E)中，使用0. 10 0. 16g氢氧化钾、 0. 14 0. 18g 二氧化碲粉末、0. 40 0. 60g氨三乙酸三钠盐与0. 16 0. 24g乙酸镉二水合物，30 60ml去离子水。根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤D)与E)中，在沉积电压-0.8 -1.2V 与沉积电量0. 5C-0. 8C的条件下反应5. 0 30. 0分钟。根据本发明的另一种优选实施方式，在步骤E)中，所述的退火是在温度200 450°C与氩气或氮气气氛下反应1小时。下面将更详细地描述本发明。本发明涉及一种aiO/CcKe/CcTTe纳米棒阵列光电极。该纳米棒阵列光电极是由按照从里到外顺序的ITO导电玻璃衬底、ZnO缓冲薄膜层、ZnO纳米棒阵列层、Cdk壳层与CdTe量子点层组成的。其中ZnO缓冲薄膜层的厚度是20 50nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是20nm 60nm与高度0. 5 3 μ m ；CcKe壳层的厚度是10 60nm;CdTe量子点层的厚度是10 60nm ；该aiO/Cc^e/CdTe纳米棒阵列光电极的饱和光电流密度达到9 15mA/cm2。ITO导电玻璃是高电阻玻璃、普通玻璃或低电阻玻璃。
优选地，所述的ZnO缓冲薄膜的厚度是25 35nm。在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30 50nm与高度1. 5 3 μ m ；CdSe壳层的厚度是20 50nm ；CdTe量子点层的厚度是20 50nm，该aiO/Cc^e/CdTe纳米棒阵列光电极的饱和光电流密度达到14. 3mA/cm2。本发明arO/CcKe/CdTe纳米棒阵列光电极的各层厚度是采用场发射扫描电镜 JSM-6700F测定的，使用的测定仪器是日本JEOL公司销售的仪器，该仪器的测定条件是 5-10kVo本发明涉及一种aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极的制备方法。本发明采用CcTTe和CdS来共敏化ZnO纳米棒阵列，即形成aiO/CcKe/CcTTe纳米棒阵列光电极。其制备方法是在ITO导电玻璃衬底上制备ZnO纳米棒阵列层。这种SiO纳米棒的制备方法主要有热蒸发，水热法，凝胶 溶胶法，脉冲激光沉积法。其中水热法由于具有工艺简单、价格低廉、对环境友好及可控性高等优点，备受研究者的青睐。本发明人利用温度、时间和压强控制纳米棒的长度0. 5-3 μ m和直径50-100nm。或者利用脉冲激光沉积 (PLD)方法，利用准分子激光器与ZnO陶瓷靶，在温度200 300°C下生长50nm左右的加0。然后，制备Cdk壳层。Cdk壳层的制备方法主要包括化学水浴法和电化学沉积法，前者虽然工艺简单，但沉积的纳米晶体均勻性较差，厚度不易控制且重复性不好，参见 Xuebo Cao等人，《Phys. Chem. )),2008,112，第20560-20566页。相对而言，电化学沉积方法简单，工艺可控性和重复性均很高，且非常适于本发明中提到的ITO导电玻璃衬底上的沉积。于是，本发明人提出在SiO上沉积CcKe时使用近中性电解液，以避免强酸或碱性电解液对SiO的刻蚀问题，请参见Xina Wang等人，《ACS Nano》，2010，4 (6)，第3302-3308页。此外，通过控制电化学沉积时流经电极的电量，可以对沉积的厚度进行控制，通过选择合适的浓度可以获得较好的SiO/CcKe界面并提高Cdk壳层的结晶质量。最后，制备CdTe量子点层也采用电化学沉积法。本发明的制备工艺实现了 Cdk纳米晶在SiO表面的连续分布，从而降低电极与电解液间的电子复合损失。并且，由于CdTe和Cdk均为立方相且均在水相中沉积，二者有很好的浸润性和工艺兼容性，很容易获得较高的CdTe/Cdk界面质量，这对电子沿纳米电缆径向的传输非常有利。因此，本发明人提出的SiO/CcKe/CdTe双壳层纳米电缆电极既能有效克服界面缺陷，又大大改善了光吸收效率和光电化学性能。本发明的ZnO纳米棒阵列为六角纤锌矿结构，CcKe和CdTe均为立方相结构，在未沉积量子点之前ZnO纳米棒的直径约50 60nm，而在沉积CcKe之后，ZnO纳米棒的直径增长到大约lOOnm，继续沉积CdTe，Zn0纳米棒的直径继续增长到约150nm。最终获得的SiO/ CdSe/CdTe纳米棒阵列的吸收边界可以达到约850nm，其光电流响应测试中饱和光电流密度可达到14. 3mA/cm2以上。ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极制备方法步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗，然后用吹风机吹干，并立即转入射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT3 KT5I^a的条件下进行保护。
所述的ITO导电玻璃分别用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗5 15min。ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，采用磁控溅射法在其上镀一层氧化铟锡(俗称ΙΤ0)膜的玻璃。ITO膜层的主要成份是氧化铟锡。在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力强。由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水份和二氧化碳，发生化学反应而变质，在存放时要防潮。因此，ITO导电玻璃在清洗后立即转入射频磁控溅射镀膜机中。ITO导电玻璃有电阻150 500欧姆的高电阻玻璃、电阻60 150欧姆的普通玻璃与电阻小于60欧姆的低电阻玻璃。本发明使用的ITO导电玻璃是目前市场上销售的产品，例如芜湖长信科技股份有限公司、合肥科晶材料技术有限公司生产的产品。所述的去离子水是在化工技术领域里通常使用的除去了呈离子形式杂质后的纯水。所述的丙酮、酒精是不含有水的，是化工技术领域里通常使用的产品。根据本发明，所述的超声清洗应该理解是让超声波作用于清洗溶液，以更有效地除去在ITO导电玻璃表面上存在的油污及其他杂质的过程。本发明在超声清洗过程中使用的超声清洗设备是目前市场上销售的产品，例如深圳市科达超声自动化设备有限公司生产的超声波清洗机。射频磁控溅射镀膜机是目前市场上销售的产品，例如成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的产品。B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度200 300°C与真空度0. 1 101 的条件下溅射阴极ZnO靶材20 30min,生长一层ZnO缓冲薄膜层。磁控溅射是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上而形成薄膜。磁控溅射就是以磁场束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。射频磁控溅射镀膜机工作基本参数有磁场强度为50 300G、电场强度为300 800V，功率密度为30W/cm，加热温度0°C 300°C，溅射时间是10 30min等。优选地，在射频磁控溅射镀膜时的加热温度是240°C 280°C、真空度是2 6Pa， 溅射时间是22 ^min。更优选地，在射频磁控溅射镀膜时的加热温度是250°C 260°C、真空度是4 6Pa，溅射时间是M ^min。或者，把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于脉冲激光沉积设备中，使用准分子激光器与ZnO陶瓷靶，在加热温度200 300°C与真空度0. 1 10 的条件下进行沉积，生长一层 ZnO缓冲薄膜层。脉冲激光沉积设备是目前市场上销售的设备，例如沈阳聚智真空设备有限公司生产的PLD脉冲激光溅射沉积设备。准分子激光器是以准分子为工作物质的一类气体激光器件。本发明使用的准分子激光器是目前市场上销售的设备，例如是中国科学院沈阳仪器研制中心有限公司销售的准分子激光器。ZnO陶瓷靶是采用磁控溅射或电子束蒸发方法获得高质量ZnO薄膜所必需的ZnO 靶材。本发明使用的aio陶瓷靶是目前市场上销售的，例如北京蒙泰有研技术公司开发中心销售的ZnO陶瓷靶。C、制备ZnO纳米棒阵列层ZnO纳米棒阵列是采用水热法制备的。分别称量0. 02 0. 12g醋酸锌与0. 04 0. 17g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到8 32ml去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度85 95°C的加热设备中进行反应4 6小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层。所述的加热设备是人们通常使用的加热设备，例如烘箱。该反应在温度85 95°C下进行4 6小时，如果该反应不足3小时，则SiO纳米线不够长；如果该反应超过6小时，则ZnO纳米线停止生长，表面出现断层。优选地，该反应进行4 5小时。在制备ZnO纳米棒阵列层层时，优选地在温度88 92°C的烘箱中进行反应3. 5 4. 5小时，在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层。D、制备CcKe壳层CdSe壳层是采用电化学沉积方法制备的。溶液配制方法是称量0. 04 0. 20g亚硫酸钠溶于15 60ml去离子水中，在 60°C水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 01 0. 06g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7 小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. 05 0. 20g乙酸镉二水合物、0. 10 0. 42g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉
体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解，直至溶液澄清。然后，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V与沉积电量0. 6C 1. IC的条件下在其溶液中进行反应5 30分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到CcKe壳层。这个步骤使用的电化学沉积设备可以是CHI660D电化学工作站，例如上海辰华仪器有限公司销售的设备。在该水溶液体积为15 60ml条件下，乙酸镉二水合物质量为0. 05 0. 20g时，如果氨三乙酸三钠盐水溶液的质量低于0. IOg,则会造成沉积困难；如果氨三乙酸三钠盐水溶液的质量高于0. 42g，则会腐蚀样品；因此氨三乙酸三钠盐水溶液的质量为0. 10 0. 42g 是合适的。在该水溶液体积为15 60ml条件下，乙酸镉二水合物质量为0. 05 0. 20g时， 如果硒粉的质量低于0. Olg,则会造成溶液中硒粉含量变少，不利于CcKe的合成；如果硒粉的质量高于0. 06g，则会使溶液中硒粉析出，造成浪费；因此硒粉的质量为0. 01 0. 06g是合适的。优选地，这个步骤使用0. 08 0. 16g乙酸镉二水合物、0. 18 0. 34g氨三乙酸三钠盐、0. 08 0. 16g亚硫酸钠和0. 02 0. 04g硒粉，15 60ml去离子水。E、制备CdTe量子点层CdTe纳米电缆层是采用电化学沉积的方法制备的。溶液配制的方法是称量0.08 0. 18g氢氧化钾、0. 10 0. Mg 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入30 60ml去离子水中，在温度50°C加热的条件下磁力搅拌10分钟， 反应生成锑酸钾溶液。称量0. 30 0. 80g氨三乙酸三钠盐与0. 12 0. 28g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌直至溶液澄清。然后，把步骤D)制备的具有ZnO纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V与沉积电量 0. 6C-1. IC的条件下在其溶液中进行反应5 30分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层。这个步骤使用的设备可以是CHI660D电化学工作站，例如上海辰华仪器有限公司销售的设备。在该水溶液的体积为30 60ml的条件下，氢氧化钾质量为0. 08 0. 18g、二氧化碲粉末为0. 10 0. 24g时，如果氨三乙酸三钠盐的质量低于0. 30g,则会造成沉积困难；如果氨三乙酸三钠盐的质量高于0. 80g，则会腐蚀样品；因此氨三乙酸三钠盐的质量为 0. 30 0. 80g是合适的。在该水溶液体积为30 60ml的条件下，氢氧化钾质量为0. 08 0. 18g、二氧化碲粉末质量为0. 10 0. 24g时，如果乙酸镉二水合物的质量低于0. 12g，则会造成Cd离子不足，会出现二氧化碲；如果乙酸镉二水合物的质量高于0. ^g，则会不易沉积；因此乙酸镉二水合物的质量为0. 12 0. 28g是合适的。优选地，在这个步骤使用0. 10 0. 16g氢氧化钾、0. 14 0. 18g 二氧化碲粉末、 0. 40 0. 60g氨三乙酸三钠盐与0. 16 0. 24g醋酸镉二水合物，30 60ml去离子水。然后，退后得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。在这个步骤中，所述的退后是在温度200 450°C与氩气或氮气气氛下反应1小时。这个步骤使用的退火设备可以是单管程控扩散炉，例如北京七星华创电子股份有限公司销售的设备。制备得到的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极进行了 X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、UV吸收谱与电流密度与电压(J V)特性曲线分析。X射线衍射分析使用的仪器是D8-F0⑶S，测定条件是0. 05° /每步扫描。扫描电子显微镜是FE-SEM JEOL, JSM-6700F，测定条件是电压5_10kV。UV吸收谱分析使用的仪器是UV360，测定条件是常温常压下。电流密度与电压(J V)特性曲线分析使用的仪器是CHI660D，测定条件是常温常压下。
这些分析结果分别列于附图1 4中。图1表示本发明的aiO/Cdk/CdTe结构和电子传输过程示意图。图中CB表示导带位置；VB表示价带位置；hv表示光子的能量。该附图表明，在ITO沉底上生长一层ZnO薄膜，然后利用水热法生长ZnO纳米棒阵列，进而依次沉积Cdk壳层和CdTe量子点层。该附图还表示电子传输的过程依次是经过 CdTe, CdSe再通过ZnO纳米棒阵列传输到导电层上。图2是本发明量子点敏化前后SiO纳米棒阵列的扫描电镜图。其中图a是ZnO纳米棒阵列的表面形貌。由图a可以看出，ZnO纳米棒为一根根竖直生长并且具有光滑的表面，ZnO纳米棒直径约50nm。图b是包裹CcKe之后ZnO纳米棒阵列的表面形貌。由图b可以看出，纳米棒表面变粗糙，说明有CcKe颗粒包裹在纳米棒上。图c是aiO/CcKe/CcTTe纳米棒阵列的表面形貌。由图c可以看出，纳米棒表面已经被量子点完全包裹，并且纳米棒直径变大。图d是ZnO纳米棒阵列的截面形貌。由图d可以看出，纳米棒长度大约为2.5 μ m。图3是本发明量子点敏化前后ZnO纳米棒阵列的紫外可见光吸收图谱。由图3可以看出，ZnO吸收边界在约400nm，在沉积CcKe或者CcTTe以后，其吸收边界往长波长方向移动显著，可以达到可见光区域。由图3还可以看出，ZnO/CdTe纳米棒阵列的吸收边界波长比SiO/CcKe纳米棒阵列的要长些，因为CcTTe禁带宽度为1. 5eV, CdSe禁带宽度为1. 7eV。其中，ZnO/CdTe/CdSe纳米棒阵列的吸收范围与SiO/CcKe纳米棒阵列相近，吸收边界在约680nm，而SiO/CcKe/CdTe 纳米棒阵列的吸收范围与SiO/CdTe纳米棒阵列相近，吸收边可达到约850nm。图4是本发明量子点敏化前后ZnO纳米棒阵列的饱和光电流测试图谱。它们分别是SiO纳米棒阵列，ZnO/CcKe纳米棒阵列，ZnO/CdTe纳米棒阵列，ZnO/CdTe/CcKe纳米棒阵列，ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列，其中SiO/CcKe纳米棒阵列的饱和电流密度为6. ImA/cm2, ZnO/CdSe/CdTe纳米电缆阵列电极的饱和电流密度为14. 3mA/cm2，相比而言，双层敏化壳层具有更好的光电化学性能。[有益效果]本发明的有益效果是1、本发明通过磁控溅射法在ITO导电玻璃衬底上制备高质量的SiO缓冲薄膜层， 利用水热法生长出ZnO纳米棒定向阵列层，通过改变生长时间、温度和压力实现ZnO纳米棒的直径达到50-100nm、长度0. 5-3 μ m。这种方法制备简单，成本低廉，参数易控制，并且环保。2、本发明在ZnO纳米棒阵列层上沉积得到的双壳层纳米棒阵列具有良好的结晶性和高质量的界面层。不仅为电子传输提供了有效的传输通道，提高了电子的传输速率，而且降低了氧化物电极与量子点之间，量子点与电解液之间传输时产生的非辐射复合损失。 并且，由于CdTe和Cdk均为立方相且均在水相中沉积，二者具有良好的浸润性和工艺兼容性，进而可获得优良的CdTe/Cdk界面质量。3、本发明应用CcKe和CdTe共敏化技术，将两种量子点各自的性能优势结合起来，并且是首次实现运用两种量子点包裹技术制备光电极。一方面，利用Cdk壳层本身的能级调整功能，不仅有利于电子的传输，而且阻碍了电子与电解液之间的非辐射复合。另一方面，利用CdTe的光吸收范围较大，使得aiO/Cdk/CdTe光电极光吸收范围可达约850nm，进而提高了光利用效率。因此，在光电流响应测试中SiO/CcKe/CdTe光电极具有较高的饱和光电流( 14. 3mA/cm2)。

图1表示本发明的aiO/CcKe/CcTTe结构和电子传输过程示意图。图2是本发明量子点敏化前后SiO纳米棒阵列的扫描电镜图。图3是本发明量子点敏化前后ZnO纳米棒阵列的紫外可见光吸收图谱。图4是本发明量子点敏化前后SiO纳米棒阵列的饱和光电流测试图谱。
具体实施方式下面通过实施例将能够更好地理解本发明。实施例1 :Zn0/CdSe/CcTre纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 15min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT3I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度200°C与真空度0. IPa的条件下溅射阴极ZnO靶材20min，生长一层 ZnO缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层分别称量0. 0280g醋酸锌与0. 0440g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到8ml 去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度85°C的烘箱中进行反应4小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层溶液配制的方法是称量0. 0473g亚硫酸钠溶于20ml去离子水中，在60°C水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0158g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. 0500g乙酸镉二水合物、0. 1032g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解，直至溶液澄清。使用上海辰华仪器有限公司销售的 CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1.OV与沉积电量0. 6C的条件下在其溶液中进行反应5分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到CdSe壳层；E、制备CdTe量子点层溶液配制的方法是称量0. OSlOg氢氧化钾、0. 1168g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入30ml去离子水中，在温度50°C的加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成碲酸钾溶液。称量0. 3340g氨三乙酸三钠盐与0. 1350g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌直至溶液澄清。使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有ZnO纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. OV与沉积电量0. 6C的条件下在其溶液中进行反应5分钟， 这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度350°C 与氩气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是20nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30nm与长度0. 5 μ m ；CdSe壳层的厚度是15nm ；CcTTe量子点层的厚度是20nm。实施例2 :ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 25min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT5I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度300°C与真空度10 的条件下溅射阴极SiO靶材25min，生长一层ZnO 缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层按照与实施例1相同的方式称量0. 1120g醋酸锌与0. 1740g六亚甲基四胺粉体， 将将两种粉体溶入到32ml去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度92°C的烘箱中进行反应6小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层按照与实施例1相同的方式称量0. 1890g亚硫酸钠溶于60ml去离子水中，在温度 60°C的水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0592g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. 1999g乙酸镉二水合物、0. 4127g氨三乙酸三钠盐， 将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解。
将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. 4V与沉积电量1. IC的条件下在其溶液中进行反应30分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到Cdk壳层；E、制备CdTe量子点层按照与实施例1相同的方式称量0. 1620g氢氧化钾、0. 2336g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入60ml去离子水中，在50°C加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成锑酸钾溶液。称量0. 6680g氨三乙酸三钠盐与0. 2700g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有aio纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. 4V与沉积电量1. IC的条件下在其溶液中进行反应30分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度250°C 与氩气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法，测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是25nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是40nm与长度3 μ m ；CdSe壳层的厚度是40nm ；CcTTe量子点层的厚度是50nm。实施例3 :ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 20min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT4I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，在加热温度 250°C与真空度5Pa的条件下进行溅射30min，生长一层ZnO缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层按照与实施例1相同的方式分别称量0. 0560g醋酸锌与0. 0870g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到 16ml去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度90°C的烘箱中进行反应5小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层按照与实施例1相同的方式称量0. 0945g亚硫酸钠溶于30ml去离子水中，在60°C 水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0295g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. IOOOg乙酸镉二水合物、0. 2013g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解，直至溶液澄清。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. OV与沉积电量0. 5C的条件下在其溶液中进行反应4分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到Cdk壳层；E、制备CdTe量子点层按照与实施例1相同的方式称量0. IOSOg氢氧化钾、0. 1557g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入40ml去离子水中，在50°C加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成锑酸钾溶液。称量0. 4453g氨三乙酸三钠盐与0. ISOOg乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有aio纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. OV与沉积电量0. 5C的条件下在其溶液中进行反应4分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度380°C 与氮气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法，测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是30nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30nm与长度2. 5 μ m ；CdSe壳层的厚度是IOnm ；CdTe量子点层的厚度是15nm。实施例4 :ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 18min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT5I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度250°C与真空度IPa的条件下溅射阴极ZnO靶材^min，生长一层ZnO 缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层按照与实施例1相同的方式分别称量0. 0747g醋酸锌与0. 1160g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到 21ml去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度92°C的烘箱中进行反应4. 8小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；
D、制备CcKe壳层按照与实施例1相同的方式称量0. U60g亚硫酸钠溶于40ml去离子水中，在60°C 水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0395g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. 1333g乙酸镉二水合物、0. 2751g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解，直至溶液澄清。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 8V与沉积电量1. OC的条件下在其溶液中进行反应25分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到Cdk壳层；E、制备CdTe量子点层按照与实施例1相同的方式称量0. 1246g氢氧化钾、0. 1796g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入46ml去离子水中，在50°C加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成碲酸钾溶液。称量0. 5138g氨三乙酸三钠盐与0. 2077g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌直至溶液澄清。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有aio纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 8V与沉积电量1. OC的条件下在其溶液中进行反应25分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度300 V 与氩气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法，测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是30nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是40nm与长度2. 5 μ m ；CdSe壳层的厚度是35nm ；CdTe量子点层的厚度是40nm;饱和电流密度为14. 3mA/cm2。实施例5 :ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 22min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT3I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度220°C与真空度6 的条件下溅射阴极ZnO靶材^min，生长一层ZnO 缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层按照与实施例1相同的方式分别称量0. 086g醋酸锌与0. 1338g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到25ml去离子水中配制成水溶液。
将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度88°C的烘箱中进行反应5. 2小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层按照与实施例1相同的方式称量0. 1454g亚硫酸钠溶于46ml去离子水中，在60°C 水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0455g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. 1537g乙酸镉二水合物、0. 3175g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. 2V与沉积电量0. 9C的条件下在其溶液中进行反应20分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到CcKe壳层；E、制备CdTe量子点层按照与实施例1相同的方式称量0. 09g氢氧化钾、0. 1298g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入；Mml去离子水中，在50°C加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成碲酸钾溶液。称量0. 3711g氨三乙酸三钠盐与0. 1500g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌直至溶液澄清。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有aio纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. 2V与沉积电量0. 9C的条件下在其溶液中进行反应20分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度420 V 与氮气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法，测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是25nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30nm与长度1. 5 μ m ；CdSe壳层的厚度是25nm ；CcTTe量子点层的厚度是30nm。实施例6 :ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的制备制备步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗 20min，然后用吹风机吹干，并立即转入成都齐兴真空镀膜技术有限公司生产的射频磁控溅射镀膜机中，在真空度KT4I^a的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤A)得到的清洁ITO导电玻璃置于该射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度280°C与真空度8 的条件下溅射阴极ZnO靶材23min，生长一层ZnO 缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层
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按照与实施例1相同的方式分别称量0. 0622g醋酸锌与0. 0967g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到18ml去离子水中配制成水溶液。将溶液混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度92°C的烘箱中进行反应5小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成 ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层按照与实施例1相同的方式称量0. 1050g亚硫酸钠溶于33ml去离子水中，在60°C 水浴条件下进行磁力搅拌，再将0. 0329g硒粉缓慢加入溶液中，磁力搅拌5 7小时，反应形成硒代亚硫酸钠溶液。称量0. Illlg乙酸镉二水合物、0. 2293g氨三乙酸三钠盐，将这两种粉体缓慢加入上述硒代亚硫酸钠溶液中，搅拌溶解。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. OV与沉积电量0. 8C的条件下在其溶液中进行反应18分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到CcKe壳层；E、制备CdTe量子点层按照与实施例1相同的方式称量0. 0850g氢氧化钾、0. 1229g 二氧化碲粉末，将这两种粉体一起加入32ml去离子水中，在50°C加热条件下磁力搅拌10分钟，反应生成碲酸钾溶液。称量0. 3516g氨三乙酸三钠盐与0. 1421g乙酸镉二水合物，将这两种粉体缓慢加入上述碲酸钾溶液中，均勻搅拌直至溶液澄清。将溶液混合均勻后，使用上海辰华仪器有限公司销售的CHI660D电化学沉积设备，把步骤D)制备的具有aio纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-1. OV与沉积电量0. 8C的条件下在其溶液中进行反应18分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，使用北京七星华创电子股份有限公司销售的单管程控扩散炉，在温度240 V 与氮气气氛下退火1小时，得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。采用本说明书中描述的方法，测定得到ZnO缓冲薄膜层的厚度是3nm ；在SiO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30nm与长度3 μ m ；CdSe壳层的厚度是20nm ；CcTTe量子点层的厚度是25nm。
权利要求
1.一种SiO/CcKe/CdTe纳米棒阵列光电极，其特征在于该纳米棒阵列光电极是由按照从里到外顺序的ITO导电玻璃衬底、ZnO缓冲薄膜层、ZnO纳米棒阵列层、Cdk壳层与CdTe 量子点层组成的；其中ZnO缓冲薄膜层的厚度是20 50nm ；在ZnO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是20nm 60nm与高度0. 5 3 μ m ；CdSe壳层的厚度是10 60nm ；CdTe量子点层的厚度是10 60nm ；该aiO/Cc^e/CdTe纳米棒阵列光电极的饱和光电流密度达到9 15mA/cm2。
2.根据权利要求1所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极，其特征在于所述的ZnO 缓冲薄膜的厚度是25 35nm ；在ZnO纳米棒阵列层中，ZnO纳米棒的直径是30 50nm与高度1. 5 3. 0 μ m ；CdSe壳层的厚度是20 50nm ；CdTe量子点层的厚度是20 50nm，饱和光电流密度达到14. 3mA/cm2。
3.根据权利要求1所述的SiO/CcKe/CdTe纳米棒阵列光电极制备方法，其特征在于该方法的步骤如下A、ITO导电玻璃表面预处理ITO导电玻璃表面顺序地用去离子水、丙酮、酒精与去离子水进行超声清洗，然后用吹风机吹干，并立即转入射频磁控溅射镀膜机中，在真空度1(Τ3 10 5Pa的条件下进行保护；B、制备ZnO缓冲薄膜层把步骤Α)得到的清洁ITO导电玻璃置于射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度200 300°C与真空度0. 1 101 的条件下溅射阴极ZnO靶材20 30min， 生长一层ZnO缓冲薄膜层；C、制备ZnO纳米棒阵列层分别称量0. 02 0. 12g醋酸锌与0. 04 0. 17g六亚甲基四胺粉体，将将两种粉体溶入到8 32ml去离子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步骤B)制备的具有ZnO缓冲薄膜的ITO导电玻璃置于该混合溶液中，然后在温度85 95°C的加热设备中进行反应4 6小时，这时在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层；D、制备CcKe壳层分别称量0. 05 0. 20g乙酸镉二水合物、0. 10 0. 42g氨三乙酸三钠盐、0. 04 0. 20g 亚硫酸钠和0. 01 0. 06g硒粉，将这四种粉体加入15 60ml去离子水中配制成水溶液， 混合均勻后，把步骤C)制备的具有ZnO纳米棒阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V与沉积电量 0. 5C 1. IC的条件下在其溶液中进行反应5 30分钟，这时在所述的ZnO纳米棒阵列层上沉积得到Cc^e壳层；E、制备CdTe量子点层分别称量0. 08 0. 18g氢氧化钾、0. 10 0. 24g 二氧化碲粉末、0. 30 0. 80g氨三乙酸三钠盐与0. 12 0. 28g乙酸镉二水合物，将这四种粉体加入30 60ml去离子水中配制成水溶液，混合均勻后，把步骤D)制备的具有ZnO纳米线阵列的ITO导电玻璃作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，Pt片为对电极，在室温下，在沉积电压-0. 6 -1. 4V与沉积电量0. 5C-1. IC的条件下在其溶液中进行反应5 30分钟，这时在所述的ZnO纳米线阵列层上沉积得到CdTe量子点层；然后，退火得到所述的aiO/Cdk/CdTe纳米棒阵列光电极。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的ITO导电玻璃用去离子水、丙酮、酒精与去离子水分别进行超声清洗5 15min。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于把步骤Α)得到的清洁ITO导电玻璃置于射频磁控溅射镀膜机中，ITO玻璃作为阳极基片在加热温度200 300°C与真空度0. 1 10 的条件下溅射阴极ZnO靶材20 30min，生长一层ZnO缓冲薄膜层。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在制备ZnO纳米棒阵列层层时，在温度 88 92°C的烘箱中进行反应3. 5 4. 5小时，在所述的ZnO缓冲薄膜上生成ZnO纳米棒阵列层。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤D)中，使用0.08 0.16g乙酸镉二水合物、0. 18 0. 34g氨三乙酸三钠盐、0. 08 0. 16g亚硫酸钠和0. 02 0. 04g硒粉， 15 60ml去离子水。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤E)中，使用0.10 0. 16g氢氧化钾、0. 14 0. 18g 二氧化碲粉末、0. 40 0. 60g氨三乙酸三钠盐与0. 16 0. 24g乙酸镉二水合物，30 60ml去离子水。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤D)与E)中，在沉积电压-0. 8 -1. 2V与沉积电量0. 5C 0. 8C的条件下反应5 30分钟。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于在步骤E)中，所述的退火是在温度200 450°C与氩气或氮气气氛下反应1小时。
全文摘要
本发明涉及用于太阳能电池的ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极及其制备方法。该ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极是由按照从里到外顺序的ITO导电玻璃衬底、ZnO缓冲薄膜层、ZnO纳米棒阵列层、CdSe壳层与CdTe量子点层组成的。通过CdSe和CdTe共敏化技术，使本发明的ZnO/CdSe/CdTe纳米棒阵列光电极的饱和光电流密度提高到14.3mA/cm2。本发明所涉及的制备工艺简单易行，成本低，产率高，具有非常好的市场应用前景。
文档编号H01L31/0224GK102437206SQ20111042177
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者刘荣, 张军, 汪宝元, 王喜娜, 王浩, 王甜, 胡芸霞 申请人:湖北大学