基于表面无序工程的自敏化地毯式氧化钛光阳极及电荷传递机理研究

无机量子点敏化，有高稳定性，不易光解的优点，有望解决染料敏化太阳能电池的长期稳定性问题，近期广泛受到关注。目前的无机量子点敏化主要是异质敏化，会产生量子点难于均匀覆盖氧化钛纳米晶、与氧化钛纳米晶界面处存在大的界面势垒、易被电解质腐蚀、易团聚等问题。本项目提出无机自敏化概念，通过表面无序能带工程，制备自敏化地毯式氧化钛光阳极，既可实现表面无序层禁带宽度变窄，宽范围吸收光子能量，产生电子跃迁，又能使激发态电子快速注入内层氧化钛导带。有序无序界面为同质界面，不产生大的界面势垒，且表层与内部结合牢固，不存在团聚现象，有望获得高转换效率、长寿命的光化学太阳能电池。基于自敏化地毯式氧化钛光阳极，本项目重点研究自敏化结构对光化学太阳能电池光电性能的影响机制以及探索电池内部电荷传输机理，这对于新型光化学太阳电池的开发以及认识无机自敏化太阳能电池内部的物理化学机制具有重要的科学意义。

本项目主要探索无机量子点敏化的太阳能电池光阳极材料及器件的制备和光电性能研究。地毯式氧化钛光阳极被和自敏化的氧化钛纳米薄膜光阳极都被制备了，提升了无机量子点敏化太阳能电池的光电性能。用CdS进一步共敏化，使得太阳能电池的光电转换性能进一步获得了提升。也探索了CdS-ZnS共敏化的量子点敏化太阳能电池的光电性能及性能优化。探索了MoS2敏化氧化钛对量子点敏化太阳能电池光电性能的影响机制。同时，随着钙钛矿太阳能电池成为热点，我们拓展了研究领域，发现了Fe2O3是一种有效的光阳极材料，获得了超过14%的转换效率，并且Fe2O3相对于TiO2有更好的稳定性。本项目重点研究光阳极材料对太阳能电池光电性能的影响机制以及探索电池内部电荷传输机理，这对于新型太阳电池的开发以及认识内部的物理化学机制具有重要的科学意义。