纳米晶-碳纳米管活性杂化结构的特性及其在太阳能电池中的应用

活性纳米晶－碳纳米管杂化结构代表了一类新型的纳米材料。这种材料不仅能够表现出纳米晶和碳纳米管各自的独特特性，而且由于它们之间的相互作用还会显示其它新增特性。本研究的目的是：（1）探索低成本、大规模制备可控杂化纳米结构的新方法；（2）对杂化纳米结构的性质进行详细表征；（3）探索杂化纳米结构在光伏电池方面的应用。本研究提案具有潜在的变革意义。对于廉价、多功能的杂化纳米结构的制备和基本特性的研究，将广泛促进它们的各种创新型应用，从而加速纳米科学技术领域的新发现和发明。本计划中提出的光伏电池的新构造，巧妙利用碳纳米管的高电子迁移率，纳米晶和碳纳米管间的有效电子转移，和最近研究发现的量子点中的单一光子激发多重电子－空穴对现象。通过精心选择纳米晶材料和尺寸，还能使电池的吸收与太阳光谱的重叠最大化。上述优点将使该新型光伏电池的效率最大化，从而使人类能够有效利用丰富、可再生、清洁的太阳能。

本项目采用化学气相沉积法制备合成碳纳米管有序阵列，采用液相和固相法制备合成CdSe量子点，改善小型电弧纳米晶气溶胶合成系统，使得前驱物进料连续化，实现纳米晶制备和ESFDA连续化，研究电喷涂和ESFDA相结合的方法，利用溶液合成的纳米晶制备杂化纳米晶－碳纳米管结构；实验研究溶液电导率、溶液介电常数、溶液粘度、纳米晶胶体颗粒大小和浓度、碳纳米管尺寸、喷涂模式和电压和和气流速度对杂化纳米结构的影响；研究纳米晶和碳纳米管的相对大小、碳纳米管构造对纳米晶面密度的影响；测量不同纳米晶-碳纳米管杂化结构的电子传输特性；对未覆盖纳米晶的碳纳米管（裸管）和纳米晶-碳纳米管杂化结构在从红外到紫外的不同波长光线下以及在不同气体中的电子传输特性进行比较，研究纳米晶和碳纳米管之间的电子相互作用/传输；比较基于覆盖量子点的垂直排列碳纳米管电池与裸碳纳米管阵列的电池性能，研究纳米晶-碳纳米管界面处的电荷分离和转移效能；通过精心选择纳米晶混合材料和尺寸，使得电池的吸收与太阳光谱的重叠最大化。