压电光电子学效应增强型三维太阳能电池的制备与性能研究

3D nanoheterostructure arrays on the surface of a carbon fiber (CF/ZnO-CdS) will be synthesized via a facile two-step hydrothermal method. Based on a single CF/ZnO-CdS wire on a polymer substrate, a flexible 3D solar cell will be fabricated, which exhibits 3D wideband light absorption and ultrahigh energy conversion efficiency. Additionally, the performance of such a single CF/ZnO-CdS wire solar cell can be largely enhanced by strain-induced piezopotential in the ZnO nanowire through modulating the barrier height at the ZnO-CdS heterojunction interface, which is referred to as the piezo-phototronic effect.. Moreover, combined with capacitor, the integrated circuit of CF/ZnO-CdS wire 3D solar cells can simultaneously harvest both solar and mechanical energies to power electronic devices , which demonstrates a promising application of the 3D CF/ZnO-CdS wire solar cell in daily life . This project provides a new method to optimize the performance of 3D nanoheterostructure arrays by introducing the piezo-phototronic effect.

本项目采用两步水热法在碳纤维（CF）表面合成ZnO-CdS纳米异质结阵列（CF/ZnO-CdS）。基于单根CF/ZnO-CdS线，制备在多谱带具有良好三维光吸收效率和光电转换性能的柔性太阳能电池。此外，通过应变在ZnO纳米线中引入的压电势来调节ZnO-CdS异质结界面处的势垒高度，可以影响光生载流子的输运，从而使CF/ZnO-CdS线太阳能电池的性能得到优化和增强，即压电光电子学效应。. 进一步，通过将CF/ZnO-CdS线三维太阳能电池的集成电路与储能元件结合，完成太阳能和机械能向电能的同时转换和存储以驱动电子设备，最终实现CF/ZnO-CdS线三维太阳能电池在实际生产生活中的新应用。该项目通过引入压电光电子学效应为优化三维纳米异质结阵列的光电性能提供了一种新方法。

本项目采用两步水热法在碳纤维（CF）表面合成ZnO-CdS纳米异质结阵列（CF/ZnO-CdS）。单根CF/ZnO-CdS微米线对蓝光（1.11×105 A/W, 8.99×10-8 W/cm2, 480 nm）、绿光（3.83×104 A/W, 4.48×10-8 W/cm2, 548 nm）以及紫外光（1.94×105 A/W, 1.59×10-8 W/cm2, 372 nm）分别表现出超高的光响应度。并且当引入-0.38%压缩应变时，CF/ZnO-CdS线对可见和紫外光的响应度增强达60%。基于单根CF/ZnO-CdS线，制备在多谱带具有良好三维光吸收效率和光电转换性能的柔性太阳能电池。此外，通过应变在ZnO纳米线中引入的压电势来调节ZnO-CdS异质结界面处的势垒高度，可以影响光生载流子的输运，从而使CF/ZnO-CdS线太阳能电池的性能得到优化和增强，即压电光电子学效应。进一步，通过将CF/ZnO-CdS线三维太阳能电池构建的集成电路，完成太阳能和机械能向电能的同时转换，最终实现CF/ZnO-CdS线三维太阳能电池在实际生产生活中的新应用。该项目通过引入压电光电子学效应为优化三维纳米异质结阵列的光电性能提供了一种新方法。