液相沉积法制备ZnO/CdS 复合纳米棒阵列薄膜及其光电性质

doi:10.3866/PKU.WHXB20100930

物理化学学报 >> 2010, Vol. 26 >> Issue (09): 2575-2580.doi: 10.3866/PKU.WHXB20100930

液相沉积法制备ZnO/CdS 复合纳米棒阵列薄膜及其光电性质

付冬伟, 程轲, 庞山, 杜祖亮

河南大学特种功能材料教育部重点实验室,河南开封 475004

收稿日期:2010-03-24 修回日期:2010-05-25 发布日期:2010-09-02
通讯作者: 杜祖亮 E-mail:zld@henu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(20773103，90306010，10874040)资助项目

Solution Based Synthesis of ZnO/CdS Composite Nanorod Array Film and Its Photoelectric Properties

FU Dong-Wei, CHENG Ke, PANG Shan, DU Zu-Liang

Key Laboratory for Special Functional Materials of Ministry of Education, Henan University, Kaifeng 475004,Henan Province, P. R. China

Received:2010-03-24 Revised:2010-05-25 Published:2010-09-02
Contact: DU Zu-Liang E-mail:zld@henu.edu.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20773103，90306010，10874040).

摘要/Abstract

摘要：

采用两步化学溶液沉积法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了ZnO/CdS复合纳米棒阵列薄膜. 利用 X 射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收分光光度计、荧光(PL)光谱仪及表面光电压谱(SPS)研究了不同CdS沉积时间对复合薄膜的晶体结构、形貌、光电性质的影响.研究结果表明: ZnO 纳米棒阵列表面包覆CdS纳米颗粒后, 其吸收光谱可拓展到可见光区; 与吸收光谱相对应在可见光区出现新的光电压谱响应区, 这一现象证实, 通过与CdS 复合可显著提高ZnO 纳米棒阵列在可见光区的光电转换性能; 随着CdS 纳米颗粒沉积时间的延长, 复合纳米棒阵列薄膜在大于383 nm 波长区域的光电压强度逐渐减弱, 而在小于383 nm 波长区域的光电压强度逐渐增强. 用两种不同的电荷产生和分离机制对这一截然相反的光响应过程进行了详细的讨论和解释.

关键词: ZnO/CdS纳米棒阵列, 液相沉积法, 表面光电压谱, 光电特性, 电荷转移过程

Abstract:

Well-aligned ZnO/CdS composite nanorod array film was grown on an indium tin oxide (ITO) substrate by two-step chemical solution deposition method. The effects of CdS deposition time on the crystal structure, morphology, and photoelectric performance of the ZnO/CdS composite film were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), ultraviolet-visible absorption spectroscopy (UV-Vis), photoluminescence spectroscopy (PL), and surface photovoltage spectroscopy (SPS). Results showed that the absorbance of the composite film extended into the visible region compared with the bare ZnO nanorod arrays. SPS also showed a new response region corresponding to the absorption spectrum. This result indicated a remarkable photoelectric conversion efficiency improvement in the visible region. We also found that the SPS response intensity of the composite film decreased gradually above 383 nmwith an increase in CdS deposition time. However, the SPS response intensity increased below 383 nm. We interpreted this phenomenon using two distinct photoinduced charge generation and transfer mechanisms.

Key words: ZnO/CdS nanorod array, Solution deposition, Surface photovoltage spectrum, Photo-electric property, Charge transfer process

MSC2000:

O649

付冬伟, 程轲, 庞山, 杜祖亮. 液相沉积法制备ZnO/CdS 复合纳米棒阵列薄膜及其光电性质[J]. 物理化学学报, 2010, 26(09): 2575-2580.

FU Dong-Wei, CHENG Ke, PANG Shan, DU Zu-Liang. Solution Based Synthesis of ZnO/CdS Composite Nanorod Array Film and Its Photoelectric Properties[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2010, 26(09): 2575-2580.

参考文献

1. Otsuka, A.; Funabiki, K.; Sugiyama, N.; Yoshida, T.; Minoura, H.; Matsui, M. Chemistry Letters, 2006, 35(6): 666
2. Zhang, Q. F.; Chou, T. P.; Russo, B.; Jenekhe, S. A.; Cao, G. Z. Angew. Chem. Int. Edit., 2008, 47: 2402
3. Zhang, Y. Z.; Wu, L. H.; Liu, Y. P.; Xie, E. Q. J. Phys. D-Appl. Phys., 2009, 42: 085105
4. Chu, J. B.; Huang, S. M.; Zhang, D. W.; Bian, Z. Q.; Li, X. D.; Sun, Z.; Yin, X. J. Appl. Phys. A, 2009, 95: 849
5. Hotchandani, S.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem., 1992, 96: 6834
6. Ganesh, T.; Mane, R. S.; Cai, G.. Chang, J. H.; Han, S. H. J. Phys. Chem. C, 2009, 113: 7666
7. Dloczik, L.; Ileperuma, O.; Lauermann, I.; Peter, L.M.; Ponomarev, E. A.; Redmond, G.; Shaw, N. J.; Uhlendorf, I. J. Phys. Chem. B, 1997, 101: 10281
8. Duzhko, V.; Timoshenko, V. Y.; Koch, F.; Dittrich, T. Phys. Rev. B, 2001, 64: 075204
9. Pang, S.; Xie, T. F.; Zhang, Y.; Wei, X.; Yang, M.; Wang, D. J.;Du, Z. L. J. Phys. Chem. C, 2007, 111: 18417
10. Law, M.; Greene, L. E.; Johnson, J. C.; Saykally, R.; Yang, P. Nature Mater., 2005, 4: 455
11. Leschkies, K. S.; Divakar, R.; Basu, J.; Pommer, E. E.; Boercker, J. E.; Carter, C. B.; Kortshagen, U. R.; Norris, D. J.; Aydil, E. S. Nano Lett., 2007, 7(6): 1793
12. Cao, X.; Chen, P.; Guo, Y. J. Phys. Chem. C, 2008, 112: 20560
13. Tang, Y.; Hu, X.; Chen, M.; Luo, L.; Li, B.; Zhang, L. Electrochimica Acta, 2009, 54: 2742
14. Pasquier, A. D.; Chen, H.; Lu, Y. Appl. Phys. Lett., 2006, 89: 253513
15. Zaera, R. T.; Katty, A.; Bastide, S.; Clément, C. L. Chem. Mater., 2007, 19: 1626
16. Tak, Y.; Hong, S. J.; Lee, J. S.; Yong, K. Crystal Growth& Design, 2009, 9(6): 2627
17. Lee, W.; Min, S. K.; Dhas. V.; Ogale, S. B.; Han, S. H. Electrochemistry Communications, 2009, 11: 103
18. Greene, L. E.; Law, M.; Tan, D. H.; Montano, M.; Goldberger, J.; Somorjai, G.; Yang, P. Nano Lett., 2005, 5(7): 1231
19. Cheng, K.; Cheng, G.; Wang, S.; Li, L.; Dai, S.; Zhang, X.; Zou, B.; Du, Z. New Journal of Physics, 2007, 9: 214
20. Xu, D.; Gao, A. M.; Deng, W. L. Acta Phys. -Chim. Sin., 2008, 24 (7): 1219 [许迪, 高爱梅,邓文礼.物理化学学报, 2008, 24 (7): 1219]
21. Chang, C. H.; Lee, Y. L. Appl. Phys. Lett., 2007, 91: 053503
22. Meng, X. Q.; Zhao, D. X.; Zhang, J. Y.; Shen, D. Z.; Lu, Y. M.; Fan, X.W.; Wang, X. H. Materials Letters, 2007, 61: 3535
23. Han, D.; Zhang, S. C. Acta Phys. -Chim. Sin., 2008, 24(3): 539 [韩冬,张树朝. 物理化学学报, 2008, 24(3): 539]
24. Geng, B. Y.; Wang, G. Z.; Jiang, Z.; Xie, T.; Sun, S. H.; Meng, G. W.; Zhang, D. L. Appl. Phys. Lett., 2003, 82(26): 4791
25. Wei, Q.; Li, M. K.; Yang, Z.; Cao, L.; Zhang,W.; Liang, H. W. Acta Phys. -Chim. Sin., 2008, 24(5): 793 [魏强,李梦轲,杨志, 曹璐,张威, 梁红伟.物理化学学报, 2008, 24(5): 793]
26. Kronik, L.; Shapira, Y. Surface Science Reports, 1999, 37: 1
27. de Souza, C. F.; Ruda, H. E.; Fafard, S. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2003, 559: 49
28. Cheng, K.; He, Y. P.; Miao, Y. M.; Zou, B. S.; Wang, Y. G.; Wang, T. H.; Zhang, X. T.; Du, Z. L. J. Phys. Chem. B, 2006, 110: 7259
29. Ji, Y. L.; Cheng, K.; Zhang, H. M.; Zhang, X. T.; Li, Y. C.; Du, Z. L. Chinese Science Bulletin, 2008, 53(1): 46
30. Belaidi, A.; Dittrich, T.; Kieven, D.; Tornow, J.; Schwarzburg, K.; Kunst, M.; Allsop, N.; Lux-Steiner, M. C.; Gavrilov, S. Solar Energy Materials&Solar Cells, 2009, 93: 1033

[1]	鲁效庆,赵兹罡,李可,魏淑贤,瞿媛媛,牛永强,刘学锋. 第一性原理研究混合钙钛矿CH₃NH₃Pb_xSn_1－xI₃结构及光电特性[J]. 物理化学学报, 2016, 32(6): 1439 -1445 .
[2]	张鹏, 赵路松, 姚江宏, 曹亚安. 不同浓度Sn⁴⁺离子掺杂TiO₂的结构、性质和光催化活性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1305 -1312 .
[3]	任静琨, 许慧侠, 屈丽桃, 张叶, 郝玉英, 王华, 许并社. 以1-苯基吡唑为主配体的红光Ir(III)配合物的合成及光电特性[J]. 物理化学学报, 2013, 29(05): 1115 -1122 .
[4]	岳岩, 许慧侠, 郝玉英, 解晓东, 屈丽桃, 王华, 许并社. 室温磷光材料二(2-苯基吡啶)(2-(2-吡啶)苯并咪唑)合铱(III)的合成及光电特性[J]. 物理化学学报, 2012, 28(07): 1593 -1598 .
[5]	李葵英;郭静;刘通;周冰晶;李悦. 掺镧多孔TiO₂纳米晶表面电子结构与能量转换机制[J]. 物理化学学报, 2008, 24(11): 2096 -2101 .
[6]	罗大超;张兰兰;龙绘锦;陈咏梅;曹亚安. 镍离子表面处理对二氧化钛光催化活性的影响[J]. 物理化学学报, 2008, 24(06): 1095 -1099 .
[7]	丁莹莹;李葵英. 纳米晶二氧化钛光声与表面光伏特性[J]. 物理化学学报, 2007, 23(04): 569 -574 .
[8]	刘向阳;张忠锁;张兴堂;程轲;黄亚彬;王德军;杜祖亮. 1,4-双二茂铁噻吩/纳米二氧化锡异质结光伏性质研究[J]. 物理化学学报, 2004, 20(09): 1167 -1171 .
[9]	丁正新;侯乙东;李旦振;王绪绪;付贤智;刘平. 形态结构和光电特性对纳米TiO₂光催化性能的影响[J]. 物理化学学报, 2003, 19(10): 978 -981 .
[10]	井立强;孙晓君;蔡伟民;郑大方;徐跃;徐朝鹏;徐自力;杜尧国. Pd/ZnO和Ag/ZnO复合纳米粒子的SPS和XPS研究[J]. 物理化学学报, 2002, 18(08): 754 -758 .
[11]	邱健斌, 曹亚安, 马颖, 管自生, 姚建年. 担载材料对TiO₂薄膜光催化活性的影响[J]. 物理化学学报, 2000, 16(01): 1 -4 .
[12]	王德军, 崔毅, 张杰, 李铁津, 董相廷, 洪广言. CeO₂纳米晶的光伏特性和量子尺寸效应[J]. 物理化学学报, 1995, 11(09): 812 -817 .

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Solution Based Synthesis of ZnO/CdS Composite Nanorod Array Film and Its Photoelectric Properties

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