一维核壳式复合半导体纳米材料有序阵列与半导性聚合物杂化太阳电池的研究

半导性聚合物与无机半导体纳米材料杂化太阳电池研究是目前光伏领域研究的最前沿领域之一，但目前的杂化太阳电池效率很低，仍有很多科学问题有待研究阐明。在本项目中，用电化学方法制备一维宽禁带半导体纳米材料有序阵列，在一维宽禁带半导体纳米材料有序阵列上电沉积能级匹配的窄禁带半导体纳米晶薄膜，形成完全包覆的一维核壳式复合纳米材料有序阵列，研究该一维复合半导体纳米材料的尺寸、形貌、阵列密度、能级结构对光电转换效率的影响规律及光电转换机理。在此一维核壳式复合半导体纳米材料有序阵列上电化学方法合成禁带宽度与太阳光谱匹配、能级与半导体纳米材料能级匹配的半导性聚合物，使半导性聚合物与无机半导体纳米材料形成光生电荷分离与传输性能良好的相界面，研究相界面能级结构对光生电荷分离与传输机理及光电转换效率的影响规律，研制出由一维核壳式复合半导体纳米材料有序阵列与半导性聚合物构成的高效杂化太阳电池。

半导性聚合物与无机半导体纳米材料构成的太阳电池，又称有机-无机杂化太阳电池是国际上光伏领域的研究热点领域，但该类太阳电池的能量转换效率仍较低，本项目针对有机-无机杂化太阳电池中存在的制约能量转换效率提高的关键科学问题开展了研究。采用电化学方法在导电玻璃上制备出了ZnO纳米棒阵列、ZnO纳米管阵列、TiO2纳米管阵列，在ZnO纳米棒阵列、ZnO纳米管阵列、TiO2纳米管阵列电沉积生成了CdS纳米颗粒，形成了CdS纳米颗粒包覆ZnO纳米棒阵列、ZnO纳米管阵列、TiO2纳米管阵列的壳核式有序阵列纳米结构(表示为CdS@ZnO 纳米棒、CdS@ZnO 纳米管、CdS@TiO2 纳米管);在CdS@ZnO 纳米棒、CdS@ZnO 纳米管、CdS@TiO2 纳米管上电聚合3-己基噻吩或3-甲基噻吩形成了P3HT或P3MT修饰的壳核有序阵列纳米结构复合膜，研究了上述复合膜的光电化学性能及光电转换机理，构制了以上述复合膜为光电极的杂化太阳电池，研究了上述杂化太阳电池的光电转换性能及工作机理。采用电化学方法在ZnO纳米管阵列上生成了CdTe纳米颗粒或CdTe纳米树枝，形成了CdTe纳米颗粒或CdTe纳米树枝包覆ZnO纳米管的壳核式有序纳米结构(表示为CdTe@ZnO纳米管)，在CdTe@ZnO纳米管壳核有序纳米结构上电聚合生成了P3MT或旋涂沉积P3HT，形成了P3MT或P3HT修饰CdTe@ZnO纳米管的复合膜，研究了该复合膜的光电化学性能及光电转换机理，以此复合膜为光电极构制了杂化太阳电池，研究了该杂化太阳电池的光电转换性能及工作机理。用三苯胺类染料分子改善TiO2纳米棒与P3HT界面性能，构制了结构为FTO/TiO2/M/P3HT/PeDOT:PSS/Au的杂化太阳电池，研究了该杂化太阳电池的光电转换机理，能量转换效率达到了2.01%。研究结果分别发表在Journal of Physical Chemistry C、Solar Energy Materials and Solar Cells、Dalton Transactions、RSC Advances、Chemical Physics Letters、Science China Chemistry、化学学报、高等学校化学学报、物理化学学报，研究结论对进一步研制出高效的有机-无机杂化太阳电池有着重要的意义。