准一维II-VI族纳米半导体新概念光伏电池基础研究

当前严峻的能源形势和不断恶化的生态环境使得改变现有能源结构，变化石能源为可再生洁净能源, 成为世界各国极为关注的课题。太阳电池（光伏电池）是从太阳获得洁净、可再生能源的主要途径之一。 进入21世纪以来, 澳大利亚西南威尔士大学的M. Green 教授提出了 "第三代"电池的理念:要用全新的概念, 新材料、新技术并举，发展高效、薄膜太阳电池。无机半导体纳米材料因其一些独特的、重要的优点而在探索新概念太阳电池方面具有许多优势。我们拟采用准一维II-VI族纳米半导体，结合石墨烯薄膜新材料以及石墨烯薄膜转移新技术，制备高效、可集成的无机纳米线（带）新概念光伏电池原型器件。 在该器件中，拟采用透光性、导电性良好的石墨烯/金属复合电极作为肖特基接触电极。研究这种光伏器件的内禀操作极限，探索其在高效纳电源方面的应用潜力。本研究具有重要的科学意义，并将在微纳电子集成等领域拥有广泛的应用前景。

(1) 采用化学气相沉积通过两步生长法制备出在光伏器件方面具有重要的应用前景的Zn3P2/ZnO和Zn3P2/ZnS II型核壳异质结构纳米线 (Crystal Growth and Design 11, 1417 (2011)；Physics Letters A 375, 2118 (2011))；合成了高质量CdSe/SiO2核壳异质结构纳米线。研究了该纳米线F-P共振腔的性质，并实现了室温光泵激射。 (Nanoscale 3, 3072 (2011))。(2) 研制出能量转换效率约为1.65%的单根CdS 纳米线(带) 肖特基结太阳能电池。该器件采用了具有小串联电阻、高透过率等优点的Au(5nm)/石墨烯复合肖特基电极(ACS applied materials & interfaces 2, 3406 (2010)); 研制出高性能单根CdSe纳米带/石墨烯肖特基结太阳能电池(Nanoscale 3,1477 (2011))；分别发展和发明了两种石墨烯图形化方法。 (3) 受编辑部邀请撰写了石墨烯基肖特基结太阳能电池方面的 “亮点”（highlight）文章：“Graphene-Based Schottky Junction Solar Cells” (J. Mater. Chem. 22, 24224 (2012))。(4) 利用石墨烯良好的柔性、透光性和导电性，研制成功多种光伏型自供电光探测器， 包括柔性透明光探测器(J. Mater. Chem. 22, 2863 (2012)；Nanoscale 5, 5576 (2013))。(5) 首次制备并研究了新型的石墨烯-氧化物-半导体纳米线光电晶体管。在 633 nm光照下，器件的响应度、增益和探测度分别高达 1.06107 A/W， 1.93107， 9.681015 Jones。这些值与报道时纳米线光探测器的最优值相当(J. Mater. Chem. C, DOI:10.1039/C3TC32123A, 2013)。(6) 研究了SiO2/Si衬底上SiO2层厚度对石墨烯拉曼光谱的影响。石墨烯拉曼光谱的ID、IG、I2D，及I2D/IG均随氧化硅厚度增加呈现周期性振荡。振幅出现拍频现象 (Appl. Phys. Lett. 103, 213103 (2013))。.原定目标任务已圆满完成。