新型可控高密度表面修饰的一维纳米线点阵及太阳能电池器件

在聚合物/纳米线杂化太阳能电池中，有效激子扩散、解离和高效的自由电荷传输是提高器件光电转化效率的关键问题。设计和加工直径和间距在10-50nm连续可控的一维纳米线点阵结构，来优化激子的扩散效率和电荷迁移率；对纳米线表面进行无机壳层或有机共轭小分子的修饰，来修复表面缺陷、降低无辐射复合、促进激子有效分离，是解决上述问题的有效手段。本项目拟利用嵌段共聚物自组装形成的有序纳米结构为模板，采用水热或原子层沉积等技术加工连续可调的高密度一维纳米线点阵。利用各种光谱手段研究激子的扩散效率和电荷迁移率对纳米线点阵密度的依赖性，研究表面修饰层对激子解离为自由电荷的影响。组装聚合物/纳米线点阵太阳能电池原型器件，找到既具有高效激子扩散、解离又有较高的自由电荷迁移率的器件结构。阐明纳米线点阵密度对器件光电转化效率的影响机制。同时为将来加工纳米结构光伏器件提供理论上的思路。

聚合物杂化太阳能电池中光吸收，光生激子的扩散和解离是提高光电转换效率的关键问题。设计和加工纳米结构来增强光吸收和促进光生电荷的分离和传输是解决上述的重要手段。为了增强光吸收本项目首先制备了具有核壳结构的银纳米三角@二氧化钛薄片，利用银纳米三角薄片的表面等离子共振效应来增强聚合物太阳能电池的光吸收，但是单纯的银三角又会导致光生电子和空穴在金属表面的复合。从而提高了聚合物太阳能电池的光电转换效率。为了避免复合我们引入了约为2-4纳米的超薄TiO2或SiO2壳层。为了构建纳米线点阵，我们首先合成了ZnO纳米线阵列，为了改善ZnO纳米线阵列的化学稳定性，我们提出在其表面生长一层晶态的TiO2壳层。然而在纳米线点阵涂覆高质量的有机物层困扰我们。为了研究其电荷传输性能，我们在纳米线点阵表面生长具有可见光响应的硫化物半导体纳米晶，发现硫化物能够与半导体TiO2/ZnO之间有效形成异质结结构，促进了电荷分离，其光电流明显增强，进一步的光催化水分解制氢被利用来评价其光电转换性能。通过调控纳米线点阵的结构可以有效的增强光电转化效率。