SnO2/CuInS2核壳纳米棒阵列的电化学可控制备及其光伏性质研究

SnO2 has a good electrical conductivity and a high light transmission. In comparison to TiO2 and ZnO, it is a more promising photoanode material. CuInS2, with a band gap of 1.5 eV, has an excellent absorption in visible region.Furthermore,its energy level matches well with that of SnO2. Therefore, CuInS2 can be used as a light-sensitive material for SnO2. If we prepare a SnO2 nanorod array and deposit a thin and dense CuInS2 film on the surface of each SnO2 nanorod, a SnO2/CuInS2 core-shell nanorod array will be obtained. This core-shell structure is regarded as a potential photoanode for semiconductor-sensitized solar cells (SSCs) with high efficiency. But there is almost no relevant study on this area in China. So our research team would like to carry out a exploratory research on this area. In previous work, we have tried to prepare SnO2 nanorods and CuInS2 nanocrystalline films using electrodeposition technique. Based on the experimental results and some problems met in the experiments, in this project,we will plan to prepare SnO2/CuInS2 core-shell nanorod array by modified electrochemical methods. We hope to realize two target in the end. One is to achieve a controllable preparation of the SnO2/CuInS2 core-shell array in its structural, morphological, optical and electrical properties. The other is to understand the effect of the above four aspects on its photovoltaic properties and try to reveal science in order to prepare high-quality SSCs in future.

SnO2导电性和透光性均很好，是比TiO2和ZnO更有前途的光阳极材料。CuInS2带隙约1.5eV，对可见光有绝佳的吸收能力，并且在能级上与SnO2十分匹配，所以可用于敏化SnO2。若将SnO2做成纳米棒阵列，在纳米棒的表面上沉积一薄层细密的CuInS2纳米晶，即制成SnO2/CuInS2核壳纳米棒阵列结构的光阳极，则有望用此核壳阵列制备较高效率的无机半导体敏化型太阳能电池。前景虽好，但国内的相关研究还很少。鉴于此点，申请人基于前期利用电化学法制备SnO2纳米棒和CuInS2纳米晶薄膜时取得的成果和发现的问题，并结合本课题组成员的知识结构，欲采用改进后的电化学方法来制备SnO2/CuInS2核壳纳米棒阵列。首先实现其在结构、形貌、光学和电学性质等方面的可控性制备，然后从多个层面深入探讨这些特性对其光伏性质的影响规律，力争提炼出一些科学道理，为以后制备高性能的太阳能电池奠定基础。

SnO2导电性和透光性均很好，是比TiO2和ZnO更有前途的光阳极材料。CuInS2带隙约1.5eV，对可见光有绝佳的吸收能力，并且在能级上与SnO2十分匹配，所以可用于敏化SnO2。若将SnO2做成纳米棒阵列，在纳米棒的表面上沉积一薄层细密的CuInS2纳米晶，即制成SnO2/CuInS2核壳纳米棒阵列结构的光阳极，则有望用此核壳阵列制备较高效率的无机半导体敏化型太阳能电池。前景虽好，但国内的相关研究还很少。.鉴于上述情况及本项目申请人的电化学专业背景，本项目欲采用电化学法，在导电玻璃基底（例如ITO）表面制备结构新颖的SnO2/CuInS2核壳纳米棒阵列，首先重点研究其电子传输层（SnO2纳米棒核）和光敏化薄层（CuInS2壳）在形貌、结构等方面的可控性制备以及多种因素对二者光电性质的影响；然后通过优选制备条件，简单地组装出几组具有代表性的SnO2/CuInS2核壳纳米棒产物，尝试将其用作光阳极，与载Pt的ITO对电极和含有S2-/Sx2-氧化还原对的液体电解质，构造成三明治型的太阳能电池，初步探寻影响电池光伏效应的关键所在，为以后制备高性能的无机半导体敏化型太阳能电池提供具有启发意义的参考数据。.研究结果发现，在不采用任何多孔硬质模板的条件下，若在电解液中引入适量的阳离子型表面活性剂CTAB，同时优化各个电沉积参数（锡盐和硝酸的浓度、沉积电位、沉积温度、沉积时间、通电模式等），就可以成功地制备出沿(110)方向择优取向的四方柱状或圆柱状的SnO2纳米棒阵列。恒电位模式下，有利于纳米棒垂直于ITO基底生长，阶梯电位模式下，有利于纳米棒平行于基底生长。沉积过程中，过电位越高，纳米棒产物的表面越趋于光滑；通电时间越长，纳米棒的长径比越大；电流密度越大，单位基底上沉积出的纳米棒的密度越大。此外，若引入PVP做表面活性剂，则可以制备出沿着(101)方向择优取向生长的SnO2纳米棒，但长径比很小。总之，在引入CTAB或PVP这两种表面活性剂之后，我们通过优化各个电沉积参数，成功地实现了对SnO2纳米棒形貌和结构的可控性制备，包括长径比、疏密度、生长方向、表面粗糙度等。说明CTAB和PVP对一维SnO2产物的形貌均具有导向作用，但是比较而言，CTAB的导向优势更加明显，是良好的电沉积制备一维SnO2纳米棒的辅助剂。上述成果，至今未见文献报道，因此具有明显的创新性价值。