硫族半導體材料的陷光結(jié)構(gòu)設(shè)計、制備及太陽能利用研究.pdf

1、光吸收是決定太陽能器件性能好壞的重要原因之一。但對于大部分半導體，其固有的高折射率會導致嚴重的光吸收損失。到目前為止，如何提升器件的有效光吸收仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。為此，制備了一系列具有陷光效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)，包括納米片陣列和反蛋白石結(jié)構(gòu)，將其運用在太陽能電池和光電解水產(chǎn)氫領(lǐng)域，并獲得了光電轉(zhuǎn)換效率的有效提升。
　　1.制備了一系列不同材料的納米片陣列結(jié)構(gòu)。將其作為光吸收材料可以獲得95％的吸光效率（對于硫化鎘材料），遠高于薄膜和多孔

2、結(jié)構(gòu)的光吸收。進一步研究表明片層結(jié)構(gòu)的吸收增強作用來源于片與片之間的多重散射效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的光吸收增強作用廣泛適用于多種材料體系，包括硫化鎘，硒化鎘，銅鋅硒硫，甚至是金屬鎘。
　　2.納米片陣列結(jié)構(gòu)不但可以增強自身材料的光吸收，還可以作為一種功能化的骨架來負載有機物，利用骨架恰當?shù)膸缀谓Y(jié)構(gòu)來提升負載物的吸光效率。實驗表明，對于15nm厚的P3HT薄膜來說，其吸收效率可以被提升至95%。將這種具有陷光效應(yīng)的陽極骨架應(yīng)用于有機無機雜化

3、電池中，使CdS納米片陣列/P3HT電池展現(xiàn)出4.4 mA cm-2的光電流密度，10倍于傳統(tǒng)的CdS/P3HT薄膜結(jié)構(gòu)電池。進一步的研究表明，整個光電流的提升來源于 CdS和P3HT的共同貢獻。
　　3.設(shè)計了一種CdS/P3HT空腔電池結(jié)構(gòu)，它擁有以下特點：（1）具有陷光效應(yīng)的CdS納米片陣列作為骨架，（2）將P3HT以薄膜的形式包覆在CdS片層外側(cè)形成核-殼結(jié)構(gòu)，（3）中空的孔洞以及平鋪的Au電極。得益于對入射光的有效吸收以

4、及對空穴傳輸路徑的優(yōu)化，這種新型的結(jié)構(gòu)獲得了3.4 mA cm-2的光電流密度和0.52%的光電轉(zhuǎn)換效率，遠高于薄膜及傳統(tǒng)的P3HT完全填充電池。將這種電池結(jié)構(gòu)概念引入到CdSe/P3HT中，獲得了類似的光電流提升。表明這種結(jié)構(gòu)不僅適用于寬帶隙半導體，而且在窄帶隙半導體和P3HT的電池體系中同樣奏效。
　　4.制備了CdS的反蛋白石結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于光電化學裂解水制氫。由于反蛋白石結(jié)構(gòu)恰當?shù)目妆诤穸燃岸嗫椎慕Y(jié)構(gòu)特點，可以有效提升光