中文摘要：

本项目利用磁控溅射和阳极氧化技术在导电玻璃基底上制备透明TiO2纳米管阵列，探索制备纳米管阵列的最佳工艺条件，研究阵列微结构对量子点吸附特性及光电化学性能的影响，通过控制反应合成条件实现对量子点的化学组分、形状和尺寸的调控，使其与TiO2纳米管阵列能级结构匹配；采用原位生长和桥联技术在TiO2纳米管阵列表面高效沉积多尺寸复合量子点，应用表面钝化技术显著提高入射光收集和电子注入效率，从而实现阵列电极的宽光谱响应与电子快速传输和转移，大幅提升器件光电转换效率。运用密度泛函理论和量子化学方法研究载流子的传输特性及其在界面上的分离、复合反应动力学，建立基于一维纳米材料光阳极结构的量子点敏化太阳能电池导电模型，探讨电输运机理。在此基础上，制备基于多尺寸复合量子点共敏化TiO2纳米管阵列高效宽光谱响应薄膜太阳能电池。本项目的研究成果对于促进全光谱响应高效薄膜太阳能电池的发展有重要的理论和实际意义。

结论摘要：

研究了阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列的可控制备工艺，制备了CdS和CdSe量子点并组装成太阳能电池，通过不同尺寸及不同组分量子点复合，提高电子注入效率和太阳能电池光电转换效率，在此基础上研究了电池电输运特性，主要研究内容及研究结果如下 1、研究了透明TiO2纳米管阵列的最佳制备工艺，探索了氧化电压、氧化时间与温度、电解液浓度等工艺参数对纳米管阵列微结构参数的影响，建立了工艺参数与纳米管阵列微结构参数的数学方程，实现了TiO2纳米管微结构的定向设计与可控制备。500℃退火的TiO2纳米管阵列形成了完整单一的锐钛矿相，且TiO2具有与染料分子最佳能级匹配。 2、研究了湿化学法和连续离子层吸附反应法制备CdS量子点和CdSe量子点的关键技术，建立了量子点尺寸与能级结构的关联，应用能带工程技术，通过量子点尺寸调控方法实现了TiO2光阳极400-750nm范围内的全光谱响应。 3、研究了连续离子层吸附与反应法和量子点直接吸附法在TiO2纳米管阵列表面沉积CdS和CdSe量子点的制备技术，揭示了量子点沉积的反应机理，TEM、 EDAX、UV-vis等结果表明CdS、CdSe以及CdS/CdSe复合量子点敏化TiO2纳米阵列吸收谱明显红移，光吸收能力显著增强，电池效率得到显著提升。 4、研究了量子点敏化、复合量子点共敏化、以及量子点/染料复合敏化TiO2透明纳米管阵列太阳能电池，揭示了不同尺寸、不同组分复合量子点以及量子点/染料复合敏化技术对电池光谱吸收范围和电池光电性能提升的作用与物理机制，其电池光电转换效率达到7.3%。针对Pt对电极量子点敏化太阳能电池稳定性差的问题，应用Cu1.8S/CuS替代Pt对电极显著提高了量子点敏化太阳能电池的稳定性。 5、用瞬态发光光谱技术研究了敏化太阳能电池界面处电子的转移和传输特性，应用量子点、P3HT以及染料修饰能有效提高界面处电子转移速率，实现电子有效传输，降低复合，其电池效率显著提升。设计了具有阶梯状的梯度能级结构CdSe/CdS/TiO2复合结构太阳能电池，利用界面势垒梯度，有效促进电子传输、抑制电子复合，从而提高电池光伏性能。 6、应用表明钝化技术处理TiO2纳米管表面，用电化学阻抗谱研究其输运特性，表面处理后TiO2纳米管表面缺陷得到了钝化，电池串联电阻减小，电子寿命延长，促进光生电子的注入与传输，提高了电池效率。