用於寬光譜光伏電池的能帶梯度材料的研究

《用於寬光譜光伏電池的能帶梯度材料的研究》是依託華東師範大學，由丁旵明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用於寬光譜光伏電池的能帶梯度材料的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁旵明
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

太陽能作為一種分布廣泛、經濟、綠色清潔的可再生能源，正成為建設可持續發展和節約型社會所需能源的重要對象。開展具有成本低、易加工、環境友好、光譜回響範圍寬等特點的無機半導體薄膜光伏電池的研究，對提高太陽能資源的綜合利用效率和發展新型光伏電池都具有顯著的理論意義和套用價值。本研究以具有較寬光譜回響範圍的無機半導體量子點薄膜光伏電池為研究目標，合成性質穩定的、結構可控的水溶性無機半導體量子點，發展新型納米組裝和沉積技術，通過能帶結構匹配的方式，將具有不同能帶結構的無機半導體量子點製備成層狀薄膜，以形成能帶梯度材料，從而拓寬無機半導體量子點薄膜對太陽光譜的回響範圍，增強吸收係數，改善光生激子的分離效果，提高光伏電池的光電轉換效率。通過本項目的實施，為寬光譜無機半導體量子點薄膜光伏電池的材料製備和結構最佳化等提供有益的實驗數據和模型。

結題摘要

本項目研究旨在提高材料對太陽光的光譜回響範圍，促進光生電子-空穴對的有效分離，從而套用到光電轉換和光催化等領域。為此，本項目開展了四個方面的研究工作：各種量子點的合成，梯度薄膜的電泳沉積，敏化TiO2複合材料以及石墨烯- TiO2複合材料的的製備。研究結果表明，通過形成合金和核-殼結構，特別是利用不同半導體晶格之間的應變引起的能帶結構變化，可以有效地拓寬水溶性量子點的吸收和發射範圍，增強了量子點的穩定性。通過最佳化前驅體化合物的反應活性，選擇適當的表面保護基團，可在實現在低溫合成條件下CdTe的無膦化油相合成，所得量子點粒度分布窄、量子產率高。在梯度電場的輔助下，利用電泳沉積法可將這些量子點形成表面厚度梯度薄膜，以研究不同厚度的量子點薄膜的吸收和發射光譜性質的變化規律。利用多種具有不同能帶隙的無機半導體量子點共同敏化TiO2一維材料薄膜，可以有效地拓寬複合材料對太陽光的吸收範圍，同時在TiO2表面形成的能帶梯度可以提高光生電子-空穴對的分離效果，從而增強了TiO2一維材料薄膜在太陽光下的光電轉換能力，提高了光電流。將貴金屬的表面電漿共振吸收效應和石墨烯優異的光、電性質結合起來，也可以達到拓寬光吸收範圍和促進光生電子-空穴對分離的目的，這類材料在可見光下具有優異的光催化活性。針對以上四方面的研究工作，本項目將各種材料套用到太陽能光電轉換和光催化環境淨化兩方面，取得了較好的研究效果。通過以上研究，為寬光譜回響複合材料的製備和性能最佳化提供有益的實驗數據。