基于分级纳米结构和量子点的固态杂化太阳电池的设计、制备与机理

利用纳米结构的独特优势，构建新型的太阳光伏器件是实现可再生清洁能源的重要途径之一。本项目侧重设计和制备基于分级纳米结构和量子点的固态杂化太阳电池，重点研究和分析电池中光吸收、电荷分离与输运的特征与机制及其对太阳电池性能的影响，发展和完善基于纳米结构的新概念高效太阳电池的设计方案与制备技术。研究中，将通过设计和制备尺寸、形态可控的分级纳米结构，构建具有抗反射性能的电池阳极结构，同时结合表面修饰和组装不同的纳米量子点及复合结构等固态敏化剂，实现对太阳光的高效吸收和利用；通过控制量子点尺寸、结构、成分及其与分级纳米结构的耦联，促进光生载流子的有效分离和传输，明晰材料电子结构、能级结构和界面特性对电荷分离特性的影响和调控机理。该项目的实施，将有助于更深入地理解基于纳米结构的新型太阳电池的工作机制，探索和完善相关的关键制备技术，为进一步发展基于纳米结构的固态新概念太阳电池提供新的方法、技术和思路。

新型太阳电池的研制是充分利用太阳能源、降低电池成本、增强可持续发展的重要途径之一。本项目侧重设计和制备基于纳米结构和量子点的固态杂化太阳电池，重点研究和分析电池中光吸收、电荷分离与输运的特征与机制及其对太阳电池性能的影响，发展和完善基于纳米结构的新概念高效太阳电池的设计方案与制备技术。我们对ZnO/CdTe、ZnO/CdS/CdTe和ZnO/TiO2/CdTe纳米阵列太阳电池的研究表明，利用纳米阵列结构的电池设计，可以增强太阳光的吸收效率和光生电荷在半导体基质中的有效传输。特别地，通过对电池活性层界面的合理修饰能够显著降低光生电荷的界面复合，可以促进电荷的分离和转移效率，提升太阳电池的综合转换效率。另一方面，通过在太阳电池中合理设计和融入金属等离激元，可以明显增强电池对太阳光的吸收，进而也可以有效地提高太阳电池的光电转换效率。我们的研究结果为进一步发展基于纳米结构的固态新概念太阳电池提供了新的方法、技术和思路。