铜铟硒纳米线太阳能电池

铜铟硒多晶薄膜光伏电池具有高的转换效率、低的制造成本、性能稳定和不存在光致衰退等特点，正成为最有前途的薄膜光伏器件。然而，铜铟硒薄膜光伏技术仍存在一些关键问题亟待解决，主要包括铜铟硒薄膜电池中各层材料以及层间界面的基本科学问题，比如铜铟硒吸收层中柱状晶粒的制备、化学成分涨落、缺陷形成和层内晶界行为等。我们提出了铜铟硒纳米线太阳能电池的概念，为解决铜铟硒电池中存在的基本的材料和界面问题提供了新思路。其基本思想是：可控合成铜铟硒纳米材料，通过制备铜铟硒纳米材料器件，结合材料表征和物性测量技术，直接研究铜铟硒光伏器件中存在的材料和界面问题，包括材料中的成分涨落现象、缺陷形成机理，界面和晶界行为，及其对器件性能的影响；另外，纳米线既可提供大的表/界面积用来形成p-n结，又能成为载流子传输通道，有助于的电荷空穴的有效分离和载流子的迅速传输，为高效廉价的铜铟硒光伏器件的研发奠定基础。

我们立足于解决铜铟硒(CuInSe2)电池中存在的基本的材料和界面问题，在硫族低维材料的控制生长与光电性质研究等方面取得了重要进展。具体而言，1）建立了两套生长铜铟硒纳米材料的气相沉积装置，用来合成Cu-In-Se等硫属半导体纳米材料，利用该装置大批量合成了Cu-In-Se纳米材料的前驱体In2Se3纳米材料；利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜、Raman光谱对In2Se3纳米线的结构和性质进行了详细的研究，并对从In2Se3到Cu-In-Se纳米材料的固相结构转变机理和化学转化过程进行了初步探索。（2）建立了一套纳米材料的光电性能测试系统，研究了单个纳米结构的电学性质；制备铜铟硒-硫化镉纳米线异质结，研究了异质结界面的微观结构、化学成分以及异质结形成机理。（3）此外，我们进一步将准一维纳米线材料体系拓展到准二维的纳米薄片或薄膜材料体系，实现了准二维纳米结构的可控制备，重点开展了In-Se准二维纳米结构的可控制备和器件研究，为高效廉价的CuInSe2光伏器件的研发奠定基础。具体而言，实现了In2Se3准二维纳米材料的层数、畴区尺寸、晶型、及生长位置可控的批量生长，并研究了Raman光谱和In2Se3纳米薄片的层数依赖关系；发展纳米结构光电材料的原位表征思路和技术，集材料生长、化学修饰、物性表征和测量技术为一体，了解纳米中的结构与器件性能之间的构效关系；将铜铟硒材料的控制生长扩展到新型层状光电材料（石墨烯和拓扑绝缘体），发展了石墨烯和拓扑绝缘体纳米结构的CVD生长方法和化学加成修饰技术，有效地调控了石墨烯的能带结构，并构建了新型柔性导电薄膜及光电转换原型器件，为新型纳米结构光伏电池的可能应用打下材料基础。.共发表SCI检索学术论文17篇，其中影响影子大于8的论文13篇，占论文总数的76 %，包括Nature Chemistry 1篇、Nature Communications 2篇、Nature Materials 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇、Nano Lett. 3篇、Adv. Mater. 1篇、ACS Nano 3篇，等等。申请专利2项。项目负责人彭海琳副教授入选2011年教育部“新世纪优秀人才支持计划”、2012年中组部首批青年拔尖人才支持计划（2012年）、和2012年国家优秀青年科学基金。