中文摘要：

针对目前半导体敏化太阳能电池面临的采光效率低、界面电荷损失严重等问题，本项目尝试构筑ZnO/CdTe/CdX（X为CdSe或CdS）双壳层纳米电缆阵列电极，并采用Au纳米（核壳）颗粒对其进行修饰，把Au的局域表面等离子体共振（LSPR）所引起的光吸收和量子产率增强特性，与电极的高载量、致密的核壳界面及一维双异质结构的优异电子传输特性等优点结合起来，来提高电池的转换效率。采用电化学法和连续离子层吸附反应法制备上述纳米电缆阵列，系统研究各壳层厚度、界面和结晶性能对光伏性能的影响，对其结构和退火工艺进行优化；研究合成工艺对Au颗粒的结构和共振频率的影响，对其微观结构和电极上的Au载量进行控制，以增强光吸收效率和量子产率。探索ZnO/CdTe/CdX界面处的载流子传输与复合、CdX/Au处等离子体能量传递与载流子复合问题，揭示LSPR效应对光伏性能的影响机制，为实现低廉高效太阳能电池提供基础。

结论摘要：

新型高效半导体敏化太阳能电池的研究对可持续清洁能源-太阳能的开发和利用非常重要。本项目采用电化学沉积法，在ITO衬底上制备了双壳层ZnO/CdSe/CdTe纳米电缆阵列光电极，发现ZnO-CdSe-CdTe之间形成了梯度能级排序，既降低了载流子非辐射复合损失，又使光电极光吸收范围拓宽至850 nm，提高了光利用效率，获得了～14.3 mA/cm2的饱和光电流。为降低载流子与电解液之间的复合损失，进一步制备了ZnO/CdTe/CdS和ZnO/CdTe/ZnS纳米阵列电极，研究结果表明CdS或ZnS保护层既降低了电解液对CdTe的化学腐蚀，也抑制了CdTe内光生电子向电解液的传输，有效提高了饱和光电流。另一方面，项目采用晶种法制备了金纳米颗粒，通过改变生长溶液中AgNO3的浓度来调节金纳米棒的长径比，对其显微结构和光学性能进行了系统研究，发现当AgNO3的含量>50μl时，金的共振吸收峰>600nm，随硝酸银含量从100μl增加到250μl，吸收峰从675nm线性增加到746nm。利用旋涂法将长径比不同的金纳米棒分别涂覆于ZnO/CdTe纳米电缆阵列上，对Au纳米颗粒修饰前后电极的光电化学性能进行了系统研究。发现当硝酸银含量为100μl时，由于等离子体共振增强效应，经Au纳米棒修饰后，上述电极的光电流提高了约50%。和项目的预期较为吻合。根据项目执行情况，我们对项目的研究内容进行了适当拓展。采用ZnO模板+化学刻蚀法，制备了组分可调的CdSeXTe1-X（0≤X≤1）纳米管阵列，该阵列主要由闪锌矿结构的纳米晶组成，外径和壁厚分别介于270-510nm和30-80nm之间。发现随着Se含量的增加，纳米管合金的晶格常数逐渐减小，而带隙则呈现非线性效应，使得CdSe0.30Te0.70和CdSe0.44Te0.56的带隙分别为1.46 eV和1.44 eV，远远小于纯CdSe和CdTe。基于晶格常数变化和拉曼振动位移情况，我们对带隙弯曲效应的机理进行了深入探讨。此外，我们尝试将CdTe纳米管阵列用于光电催化降解有机染料Acid blue 80，发现在可见光辐照2小时后对Acid blue 80的光电催化降解效率约为20%。这种光电催化降解方法有效避免了可悬浮液体系面临的再收集和循环利用困难的问题，为解决环境污染问题提供了一种新的思路。