多级孔TiO2︱TiZnO3@QDs︱ZnO叠层薄膜及光电转换性能研究

研制和开发新型高效宽光谱响应型的染料敏化太阳能电池光阳极材料对解决能源短缺和环境污染具有重要的科学意义和实用价值。本项目拟通过溶胶凝胶和水热法合成可见光响应的窄禁带硫族化物量子点，利用模板剂自组装和浸渍-拉膜技术逐层合成高效宽光谱响应的多级孔TiO2︱TiZnO3@QDs︱ZnO叠层复合薄膜，研究薄膜材料的叠层结构、孔结构、量子点组分和含量与光电转换性能关系，揭示光电转换机理，并以此为指导设计合成新型高效染料敏化太阳能电池光阳极材料提供物质基础和器件原型。本项研究不仅为制备高效宽光谱响应的染料敏化太阳能电池光阳极材料提供一条新的途径，也可促进化学、材料、能源和环境等学科的交叉融合，有着重要的学术意义。

通过真空纳米浇注法首次成功制备了2-5nm的CuIn0.7Ga0.3S2量子点均匀生长在纳米二氧化钛颗粒（<50nm）上的TiO2@CIGS复合材料，TiO2@CIGS纳米粒子是锐钛矿结构的TiO2和黄铜矿结构的CuIn0.7Ga0.3S2的复合物，与N719染料共敏化（TiO2@CIGS/N719）制备的电池光电转换效率为7.51%。通过无模板法和纳米浇注法制备多级孔氧化锌负载Cu0.28In1.72Se2.72量子点（ZnO@CIS）光阳极，Cu0.28In1.72Se2.72 颗粒尺寸为5-10nm, ZnO纳米尺寸为20-30nm，ZnO@CIS/N719共敏化太阳能电池光电转换效率达到6.66%。将高消光系数的光吸收量子点供体与高效率的电子注入受体染料分子结合来提高太阳能电池光电转换性能。通过两步连续液相法在多级孔二氧化钛薄膜上制备有机金属卤化物钙钛矿叠层薄膜，制备得到全固态钙钛矿薄膜太阳电池，其电池效率达到10.74%。目前实验对多级孔半导体负载窄带隙量子点或钙钛矿电池中载流子的传输机理难以提供直接的证据，希望通过分子结构优化设计和能带理论计算与稳态吸收谱和瞬态激光光谱结合能够进一步了解叠层薄膜载流子输运过程。