納米結構半導體材料：合成及其在光電化學能量轉換領域中的應用.pdf

1、太陽能被普遍認為是一種可再生的、潔凈的、供給能力巨大的能量來源。當前,獲取與轉換太陽能的一條可行途徑主要是利用半導體材料內部的光電響應過程將入射太陽光子的能量吸收并轉化電能或化學能。傳統的基于大塊體半導體的平板光電轉換技術已經在太陽能轉換效率方面取得了可喜的進步,然而,其轉換效率的進一步提高及加工成本的進一步降低受到了大塊體半導體材料中光子吸收與載流子有效收集相互調制的限制。理論和實驗已證明,半導體材料的納米結構化可有效突破大塊體半導體

2、平板光電轉換技術的這種限制,其優勢主要體現在以下幾個方面：⑴半導體材料的納米結構化可構造廣泛的異質結,從而大大減少光生載流子擴散遷移的距離,即減少了光生過剩載流子在擴散遷移過程中的再結合損失；⑵通過半導體材料納米結構化可大大增加半導體材料的比表面積,從而在一定程度上增加了半導體材料有效活性成分的比例；⑶特殊構造的納米結構半導體可突破傳統大塊體平板半導體光伏中光吸收方向與光生載流子分離、遷移方向的相互調制的限制,即光吸收方向與載流子分離、

3、遷移的方向可以不同；⑷半導體材料納米結構化可產生一些新的物理性質,例如量子限域效應、光子晶體效應、能帶特征或電子結構重構等等。這些效應可以調控半導體材料的帶隙大小以及對光響應的能力強弱等等,從而賦予了半導體材料豐富的、可調控的光電響應性質。
　　本文基于以上所述納米結構半導體材料可能獲得的優異性質,主要圍繞納米結構半導體材料的合成以及探索這些材料在太陽能捕獲及轉換領域中的應用。本文主要采用水熱法、電化學刻蝕法、溶膠-凝膠法、化學溶

4、液生長法、離子交換法、交互式離子層吸附沉積法等制備了一系列納米結構半導體材料,主要有:TiO2納米管陣列、TiO2納米棒陣列、ZnO納米線陣列、分支ZnO納米線陣列、TiO2反蛋白型光子晶體等。進一步的工作則是將這些材料直接作為光活性成分或作為其它光活性材料(如碳量子點、金納米晶)的載體材料,探索其在太陽能捕獲與轉換領域中的應用。通過材料成分及結構表征、光學表征、電化學表征等一系列技術手段闡述這些納米結構半導體納米材料在光子捕獲、光生載