基于ZnO多孔纳米片分层共敏化结构中量子点可控分布及光电子行为研究

The recently reported conversion efficiencies of quantum dots-sensitized solar cells (QDSCs) were still significantly low. Our previous research indicated that co-sensitized quantum dots (QDs) with different sizes which were separated by hierarchical sensitization could broaden and enhance the visible light absorption of photoanode, and as a result, increase the conversion efficiency of QDSCs.Besides, we recently prepared the ZnO porous nanosheets which show much promise to construct hierarchical sensitization photoanodes. Herein, we hope to employ the multi-layer ZnO porous nanosheets with high light scattering capacity and transport property to construct hierarchical sensitization photoanodes, and to study the spatial distribution of quantum dots. This is expected to increase light absorption and enhance electron transportation. The synergistic effects of the quantum size effect and spatial distribution of quantum dots, and scattering effect of multi-layer ZnO porous nanosheets on light absorption will be discussed. Inaddition, the behaviour of the photoelectrons generated in quantum dots will be also evaluated. Hence, two fundamental scientific issues will be: The influence of the quantum size effectand spatial distribution of the quantum dots in multi-layer ZnO porous nanosheets on the light scattering capacity and absorption property of photoanodes. The effects of interface situation and the match degree of energy structrue band at quantum dots\ZnO porous nanosheets interface on the photoelectron transfer and transfortaion in photoanodes. This is expected to provide technical support and theoretical guidance prepare high performance photoanode and QDSCs.

光电转换效率低是量子点敏化太阳能电池（QDSCs）的瓶颈问题, 申请者发现，通过分层共敏化对不同尺寸量子点进行空间分割，可有效拓宽光阳极光谱吸收范围并增加吸收强度，提高QDSCs的转换效率。而近来我们采用间接电沉积法制备的一种具有特殊结构的ZnO多孔纳米片更有利于分层共敏化的实现。 因此，本申请希望基于这种具有强的光散射和良好电子传输特性的多层ZnO多孔纳米片作为载体，通过分层共敏化，研究量子点的空间可控分布；希望在增强光阳极对可见光吸收的同时，改善光电子传输途径；进而研究量子点尺寸效应和空间分布状态与纳米片光散射作用在光谱吸收方面的协同效应，探讨光电子在光阳极中行为特征。 拟重点研究：1）多层ZnO多孔纳米片中量子点尺寸效应和空间分布状态对光散射和吸收特性的作用；2）不同量子点和ZnO多孔纳米片间的界面状态和能带匹配对光电子转移和传输特性的影响，以期为高性能QDSCs提供理论和技术指导。

太阳能电池是利用太阳能的重要手段之一，由于量子点具有的量子尺寸效应、碰撞离化效应等性质，由窄带半导体量子点作为敏化剂的量子点敏化太阳能电池(QDSCs)具有很高的理论光电转换效率。目前QDSCs的光电转换性能仍然很低，光阳极作为QDSCs核心部分的研究明显不足是重要原因。.为此，本项目进行了多层ZnO多孔纳米片制备技术和量子点分层共敏化技术研究，并重点探讨了不同量子点敏化太阳能电池光电化学性能研究。.取得的主要学术成果包括：.发展了一种间接的电沉积法来制备多层多孔ZnO纳米片，借助电化学沉积的方法制备具有不同形貌结构的ZnO前驱体，经热处理获得具有多层多孔结构的ZnO。利用化学辅助电化学方法调控微纳结构，在室温溶液体系中，实现多种ZnO纳米结构的可控制备。.发展了多种基于ZnO纳米结构的光阳极制备技术：包括基于3D ZnO纳米棒光阳极，基于ZnO多孔纳米片薄膜光阳极，基于ZnOHF纳米结构光阳极等。研究了不同光阳极的光谱吸收特性。基于不同纳米结构宽禁带半导体薄膜的可控制备及光电子传输特性研究，揭示了结构有序化程度对半导体中电子寿命和扩散长度的影响和作用机制。.利用多层ZnO多孔纳米片结构，实现不同尺寸量子点的空间分割，有效地拓宽和增强了光阳极对可见光的吸收，建立了纳米氧化物空间结构的分层共敏化模型。采用SILAR法实现不同种类、粒径量子点的分层共敏化处理；基于分层共敏化QDSCs光电化学性能研究表明，共敏化三种量子点的光阳极比敏化单一量子点的光阳极的光转换效率提高了42%。