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本文中我们通过水热法在ITO-PET上合成ZnO纳米棒阵列。首先,使用溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)在ITO-PET上制备ZnO纳米晶种子层;其次,采用水热合成纳米棒阵列。优化种子层制作的工艺得到均匀的种子层,研究水热条件对纳米棒阵列的影响。通过纳米棒的直径、长度、棒密度和长径比等定量参数表征ZnO纳米棒阵列的形貌。采用ZnO纳米棒阵列作为柔性染料敏化电池的光阳极,通过改变水热条件调节纳米棒形貌提高柔性染料敏化电池的性能。主要通过扫描电子显微镜、X射线衍射研究ZnO的纳米形貌与结构;通过测试电池的I-V曲线表征柔性染料敏化电池的性能,同时使用紫外-可见吸收谱研究不同光阳极与染料吸附量之间的关系。本文主要的结论如下:
1、采用两步法在ITO-PET上制备取向生长的ZnO纳米棒阵列。Sol-Gel法制备ZnO种子层,改变种子层胶体溶液、种子层层数和处理温度等工艺条件,最终获得均匀性和晶核大小可调的种子层,为ZnO纳米棒在ITO-PET上取向生长提供良好的条件。水热法合成ZnO纳米棒阵列,由于水热条件温和适宜,ITO-PET上合成ZnO纳米棒阵列不会改变ITO-PET的性质。
2、水热反应的条件直接决定纳米棒阵列的形貌。改变水热时间或前驱体浓度明显调节纳米棒的直径、长度和棒密度等参数。本文研究水热生长的一般规律,探讨单根纳米棒与纳米棒阵列在生长过程中的变化。ZnO晶体的极性结构是长径比可调的根本原因,调节水热条件,可以改变极性与非极性面的生长速度,使长径比变化。
3、ZnO纳米棒光阳极是柔性染料敏化电池的重要组成部分,ZnO纳米棒阵列形貌的变化可以改变电池的性能。长径比与短路电流密度、转换效率变化趋势几乎一致,长径比越大,电池的性能越好。即长径比是衡量纳米棒阵列光阳极性能的最重要的参数。在长径比为23时,柔性染料敏化电池的转换效率为0.18%。