TiO2/CdE(E=S,Se,Te)异质结的高温高压制备及其光电特性研究

At present, to solve the problem of energy shortage by exploiting the solar energy is a hot topic domesticly and internationally, and it is also an important component to establish a low carbon economy. Photovoltaic materials is the new energy materials that can convert solar to electric energy, the key to the research of photovoltaic materials lies in the improvement of its performence and reduction of the cost. The core-shell nanowires fabricated by compounding the narrow gap semiconductors CdE(E=S, Se,Te) on the cheap TiO2 have attracted much attention due to its unique structure and photoelectric properties. However, there still exists a large gap between the actual photoelectric efficiency and the theoretical efficiency at present. This programe would take the unique advantages of High Pressure and High Temperature (HPHT)synthetic technique and conduct systematic researches on the optimal designed core-shell photovoltaic materials, and try to set up new approach to preparation of TiO2/CdE core-shell heterostructure nanowires in high pressure conditions with independent intellectual property rights. Combined with photoelectrochemistrytechnicques, we would optimize the characteristics of the core-shell photovoltaic materials synthetically and try to gain high photoelectrical performance. We try to reveal the influence mechanism and laws on the electronic transport characteristics by the crystal structure, electronic structure, mocrostructure and interaction between the core and shell, and provide scientific basis for the research and preparation on photovoltaic materials that with excellent photoelectric properties.

利用太阳能解决能源短缺问题是当前国内外的热点课题，是建立低碳经济的一个重要组成部分。光伏材料是能将光能转换成电能的新能源材料，提高其光电性能和降低成本是目前光伏材料研究领域的关键问题。廉价的TiO2与窄带隙半导体CdE(E=S,Se,Te)复合形成核-壳结构纳米线，由于其独特结构和光电特性而深受关注，但其光电效率仍与理论值有很大的差距。本项目拟采用具有独特优势的高温高压(HPHT)合成技术，进行核-壳结构TiO2/CdE异质结纳米线的制备研究，建立具有自主知识产权的高压条件制备TiO2/CdE核壳结构异质结纳米线的新途径。与光电化学技术结合，对核-壳结构光伏材料体系性能的综合优化，获得高光电性能的材料。揭示高温高压下制备材料的电子结构、晶体结构、微观组织和核与壳材料界面作用等对光伏材料的激子解离、电荷分离和电子输运特性的影响机制和规律，为设计与制备具有性能优良的光伏材料提供科学依据。

利用太阳能解决能源短缺问题是当前国内外的热点课题, 是建立低碳经济的一个重要组成部分。光伏材料是能将光能转换成电能的新能源材料，提高其光电性能和降低成本是目前光伏材料研究领域的关键问题。廉价的 TiO2 与窄带隙半导体 CdE(E=S,Se,Te) 复合形成核-壳结构纳米线，由于其独特结构和光电特性而深受关注，但其光电效率仍与理论值有很大的差距。本项目采用具有独特优势的高温高压(HPHT)合成技术, 制备出了核-壳结构 TiO2/CdS, TiO2/CdSe, TiO2/PbS, TiO2/Bi2S3及TiO2/CdTe 异质结纳米线, 采用XRD、FESEM、HRTEM、FT-IR及XPS等测试手段进行了表征测试分析；在常压下得到的样品进行高温高压处理；常压下得到的样品和高温高压下得到的样品组装电池分析了电池的J-V特性。发现在温度不变时, 随着压力的增加，样品的开路电压出现了先增大后减小的现象，在压力为1GPa时，其开路电压和光电转换效率分别为0.91V和1.8%，随着压力的提升，其光电转换效率先增大后减小，在压力为P=3GPa时，其光电转换效率最高，达到了2.13%; 而在压力不变的情况下, 经过高温处理后的CdS/TiO2纳米线复合材料，其光电性能在不同温度下，有明显的不同，在温度为100℃时，其短路电流和光电转换效率分别为3.14 mA/cm2和2.13%，随着温度的升高，其光电流也在不断提高，在温度为T=300℃时，其光电转换效率最高，达到了3.54%。揭示出了高温高压下制备材料的电子结构、晶体结构、微观组织和核与壳材料界面作用等对光伏材料的激子解离、电荷分离和电子输运特性的影响机制和规律, 为设计与制备具有性能优良的光伏材料提供了新的科学方法。