中文摘要：

体异质结是有机-无机太阳电池光电转换的有效结构，目前存在载流子输运网络连续与纳米级界面分离不能兼顾的矛盾。本课题采用TiO2纳米孔一维骨架，引导单体吡咯沿骨架无隙地一维定向聚合以形成理想化的体异质结的方法，研究羰基化聚吡咯-纳米孔TiO2复合材料的光电转换机制。理论上，根据半导体能带理论和分子轨道理论，研究电子结构、表面能、界面能等对体异质结的稳定性和结晶状态的影响，确定羰基在纳米孔限制下形成Ti配位键的热力学驱动力和化学动力学机理，探索聚吡咯分子间氢键引导定向生长的动力学机理。实验上，从制备不同带隙的纳米孔TiO2、不同链长和羰基密度的聚吡咯入手，对形成配位键的体异质结进行系统的微结构和光电特性研究，探索分形特性、能带结构、配位键、氢键对激子分离、载流子输运和收集、宽光谱吸收的机理，确定获得高效光电转换特性的核心因素。为突破制约体异质结光电转换效率的激子分离和载流子输运的瓶颈提供指导。

结论摘要：

TiO2在太阳电池领域是重要的半导体。将量子点、导电高分子等用于敏化纳米结构TiO2，将有利于克服TiO2吸收光谱局限在UV的限制，将有利于攻破转换效率低的应用瓶颈。但TiO2自身性质才是最重要的决定因素，它自身能在宽光谱吸收，将是最理想的。本工作应用水热法使四甲基氢氧化铵（TMAOH）与纯Ti反应原位生长TiO2单晶纳米结构。首次发现Ti/TiO2纳米结构从紫外-近红外吸收光谱带。TiO2纳米结构有N、C自掺杂、自氢化使价带边移位 2 eV；有相对应的三种g因子。其次，研究了CdSe敏化的效应，然后研究了TiO2 /PPy异质结的光电转换， Ti/TiO2/PPy(TSA) /Au效率达到1%。研究内容为一、TiO2的制备、表征，各种参数得到的纳米结构TiO2的形貌丰富。其中有单晶纳米杆阵列，也有网络状联络紧密的纳米颗粒，直径小于10 nm。利用SEM、TEM、拉曼光谱、XRD、XPS、EPR、FTIR进行了形貌、物质成分、键价、晶体结构、光学吸收、化学结构的系统表征。主要发现1、所得到的TiO2与通常TiO2纳米颗粒相比至少将带隙减少2 eV，原因可能是形成Ti-N、Ti-C键等自掺杂，甚至因反应物丰富的-OH而自H化, EPR也证实有三个分离的g因子；2、导致黑暗中无任何染料敏化在多硫电解质中仍产生可观的光电流，最大的短路电流达到0.11 mA cm-2量级。对非常热门的H化TiO2的机理研究提供了新的思路。二、CdSe敏化对Ti/TiO2性能的改变，1、用电化学法生长的CdSe敏化层，发现丰富的光电转换现象，2、研究利用半胱氨酸对TiO2表面处理然后用电化学沉积生长CdSe，CdSe/ TiO2/Ti在 UV和可见光下都有光电流输出，是按着光照功率成比例。 三、PPy/TiO2异质结的制备和表征，在TiO2电极上原位聚合吡咯形成有机-无机p-n结太阳电池，将PPy导入TiO2并形成实在的对正负电荷双向导通的道路意义重大。1、用电流脉冲法沉积PPy得到PPy / TiO2纳米结构固态电池，在1个标准太阳光下的光电流达到12.5 mA cm-2，光电转换效率1%；2、应用光阳极氧化聚合反应，制备PPy（ClO4-）/TiO2 ，形成p-n体异质结的标志是纳米复合电极光电流达到0.1 mA cm-2，且有黑暗光电流，光电流提高20倍。