基于有机修饰促进电荷分离过程的硅量子点敏化太阳能电池研究

半导体量子点作为一种极具发展潜力的太阳能电池敏化剂，其内部电子传输与复合的竞争是制约效率提高的主要原因，合理的有机物修饰将起到消除表面缺陷并促进电荷快速分离的作用。本研究选取环境友好的Si量子点作为敏化剂，以同时具有优异电子传输能力及高比表面积的ZnO分枝阵列结构作为光阳极，组装新型量子点敏化太阳能电池。为进一步提高其光电转换效率，对量子点进行有针对性的有机官能团修饰，通过研究体系的能级结构、发光行为及其影响因素，阐明有机修饰对于影响量子点敏化太阳能电池光电转换效率的作用机理，指导获得实现量子点材料倍增载流子充分利用的复合结构体系，推动无毒、高效量子点敏化太阳能电池的研究进程。

本项目研究围绕着基于无毒低成本量子点开发新颖复合结构，并充分利用电荷分离作用的增强提高半导体材料光电响应特性。通过对新型材料体系在太阳能光电转换以及光电催化反应中应用的深入研究，现已顺利完成研究计划，取得了一系列有特色的创新性成果。一方面，通过将多种绿色廉价的量子点材料与光阳极材料复合，显著提高了传统量子点敏化材料体系的光吸收能力及电荷分离效率，如硅量子点、碳量子点、多酸分子簇等。另一方面，利用高比表面积和导电性石墨烯进一步提高复合材料光电催化性能，所得到的多种两元及三元复合材料呈现出优异的光催化降解有机污染物及分解水制取太阳能燃料能力。这些材料在氧还原及电化学探测等重要电催化反应中也表现出很高的催化活性。三年来，已在国际著名杂志上发表SCI论文13篇，文章已被引用175余次。在项目的资助下已完成2名本科生和2名硕士研究生的培养，也为未来进一步开展相关研究奠定了扎实的基础。