规则有序排列纳米结构阵列半导体氧化物/导电聚合物纳米复合新能源材料制造研究

申请人主要从事有机-无机纳米复合光电子材料与纳米器件的应用基础研究，近年来共发表学术论文170篇，其中已被SCI检索国际期刊学术论文88篇，论文近年来被SCI他人引用近600次。本项目拟开展应用于太阳能电池具有规则排列纳米结构阵列半导体氧化物与导电聚合物有机-无机纳米复合新能源材料制造的基础研究，主要通过化学阳极氧化法结合有机柔性模板压纹法在导电玻璃上实现具有竖直均匀有序排列结构的二氧化钛纳米管或氧化锌纳米线结构阵列的制造，然后在这些纳米管内和管与管之间的空间沉积金属纳米颗粒、半导体量子点和填充有机导电聚合物，这样有机导电聚合物与氧化物纳米管或线之间的有序和规则的指管式纳米结构排列，很好地提供了电子和空穴的输运通道，这不但可以大大提高电子的迁移率，而且还可大大增加电子和空穴的接触面，实现在制造过程中通过调控半导体氧化物的阵列结构，来改进和提高基于该纳米结构阵列太阳能电池器件光电转换效率。

本项目主要通过电化学阳极氧化法和有机柔性模板压纹法在导电玻璃上实现具有竖直有序排列结构的二氧化钛纳米管或纳米孔阵列结构或其它半导体氧化物纳米结构阵列，然后在这些纳米结构阵列内沉积金属纳米颗粒、半导体量子点和填充有机导电聚合物，这样有机导电聚合物与氧化物纳米管或线之间的有序和规则排列的纳米结构排列，很好地提供了电子和空穴的输运通道，这不但可以大大提高电子的迁移率，而且还可大大增加电子和空穴的接触面，实现在制造过程中通过调控半导体氧化物的阵列结构，来改进和提高基于该纳米结构阵列太阳能电池器件的光电转换效率。.课题总体完成良好，很好地按照研究计划内容进行和取得了较为满意的研究成果。提出了一种利用软模板纳米压印的技术，并利用该种软模板成功制备了纳米尺寸可调的TiO2规则纳米孔阵列薄膜，并将其应用到异质结太阳能电池中，发现能够较为明显地提高电池器件的光电转换效率，同时将这一软模板纳米压印技术成功用于二元光学凹凸透镜阵列的制作。开展了电化学阳极氧化法和水热法制备TiO2纳米管/纳米线阵列和ZnO纳米线阵列的相关研究，组装了以TiO2纳米管或纳米线结构阵列作为光阳极的染料敏化太阳能电池和量子点敏化ZnO纳米线阵列结构太阳能电池的研究，得到了光电转化效率为7.42% (0.25cm2)得电池性能。研究C60-PTA单层修饰对电池器件性能的影响，组装了基于P3HT/ZnO 纳米线阵列的复合BHJ太阳能电池，结果显示经C60-PTA修饰后，电池效率具有明显提高。国际上率先报道了一种新型环保节能的低温晶化TiO2纳米管阵列的方法，采用这种方法可以在90摄氏度左右快速的将无定型阳极氧化TiO2纳米管阵列转变为锐钛矿相。而传统结晶工艺，通常需要加热到450摄氏度左右才能达到这种效果。所以我们报道的低温结晶工艺具有很大新颖性，并且有可能对工业界产生影响。.到目前为止已在Journal of Materials Chemistry, ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Power Sources, Solar Energy Materials & Solar Cells等国际期刊上发表和接收SCI收录论文45篇（其中已发表33篇和接收12篇），3篇国际会议特邀报告，申请国家发明专利12项，其中已授权7项（2项正在公示之中）。