168. Vật liệu ZnO với cấu trúc nano ngày càng được nghiên cứu rộng rãi trong các ứng dụng, một ví dụ điển hình là vật liệu ZnO có xu hướng thay thế vật liệu TiO2 làm vật liệu truyền điện tử (ETL) trong ứng dụng pin mặt trời bởi độ linh động của hạt tải cao hơn. Bằng phương pháp thủy nhiệt, các thanh ZnO có thể mọc thẳng đứng trên đế với đường kính khá nhỏ và mật độ cao nhưng chúng phải được mọc trên một lớp mầm được chuẩn bị trước. Trong ứng dụng pin mặt trời, sự tồn tại của lớp mầm và sự lệch mạng giữa lớp mầm và đế, giữa lớp mầm và các thanh ZnO sẽ cản trở sự di chuyển của điện tử từ các thanh ZnO về đế. Bằng phương pháp Galvanic kết hợp thủy nhiệt, chúng tôi đã thực hiện chế tạo các thanh ZnO có thể mọc thẳng đứng trên đế dẫn FTO mà không cần lớp mầm trong điều kiện nhiệt độ thấp.
169. Nghiên cứu tổng hợp các màng dạng thanh nano ZnO trên đế FTO/thủy tinh bằng phương pháp Galvanic kết hợp thủy nhiệt:
170. Phản ứng Galvanic là một kỹ thuật đơn giản và linh hoạt nhưng mạnh mẽ để điều khiển việc mọc có chọn lọc các thành phần hoặc hình thái của cấu trúc nano [112]. Nguyên lý phương pháp Galvanic chế tạo màng ôxít bán dẫn ZnO cấu trúc nano một chiều được mô tả trên hình 2.8.
171.
172. Hình 2.8. Mô hình chế tạo các màng dạng thanh nano ZnO bằng phương pháp
Galvanic kết hợp thủy nhiệt.
173.
174. Hình 2.9. Mô hình thiết kế của bình autoclave (a). Thiết bị Autolab PGSTAT- 30 sử dụng trong thí
175.
176.
177.
178.Hình 2.10. Sơ đồ khối chế tạo màng thanh nano ZnO/FTO/thủy tinh.
179. Dung dịch điện ly là hỗn hợp của Zn(NO3) và Hexamethylenetetramine (viết tắt là HMTA, công thức hóa học C6H12N4) tương ứng với nồng độ 25 mM được hòa tan trong nước cất hai lần đóng vai trò là dung dịch điện ly. Hợp chất này được khuấy từ trong 30 phút để hòa tan hết các hóa chất. Bình phản ứng là một bình Teflon, hai thanh đồng mạ vàng được thiết kế xuyên qua nắp của bình Teflon có vai trò cặp hai điện cực và giữ cho chúng song song với nhau, hai thanh này cũng được dùng để nối hai điện cực ra ngoài (hình 2.9a). Ở đây, điện cực kim loại Al được nối trực tiếp với đế dẫn điện FTO, và được nhúng trong dung dịch chất điện ly có chứa 25 mM Zn(NO3)2 và 25 mM C6H12N4. Sau khi dung dịch điện ly được được đổ vào bình Teflon sao cho tấm FTO/thủy tinh và Al được nhúng trong dung dịch với diện tích 1x1 cm2 tương ứng. Điện cực FTO được nối với điện cực làm việc và điện cực Al được nối với điện cực đối của thiết bị Autolab PGSTAT-30 (hình 2.9b). Hệ bình Teflon được cho vào lò ủ và gia nhiệt ở 70˚C để phản ứng thủy nhiệt xảy ra. Khi cả hệ đã đạt nhiệt độ 70oC, ta nối một đầu cực với nhôm đầu còn lại nối với FTO/thủy tinh vào máy Autolab-30 đã
180. kết nối máy tính. Cho áp thế 0V để quá trình Galvanic xảy ra, sau đó thủy nhiệt tiếp tục trong thời gian là 1 giờ. Màng được rửa nhẹ nhàng bằng nước khử ion, sau đó sấy khô, cất trong hộp sạch kín. Kết quả thu được là các màng dạng thanh nano ZnO/FTO/thủy tinh.