中文摘要：

本项目旨在开发新型纯无机近全光谱响应的ZnO/ZnSe纳米同轴II型异质结太阳能电池。采用理论与实验相结合方式开展研究（1）采用第一性原理模拟设计方法，构建多种纳米同轴异质结构模型，研究材料结构相、尺寸、界面应力场与极化场等参数对异质结能带结构尤其是带阶的影响，将异质结光吸收极限调控至1.5eV左右，实现与太阳光谱匹配的异质结材料设计；（2）采用分子束外延与化学气相沉积相结合的可控同轴纳米线生长方式，通过调节和优化腔体气压、基底温度、源蒸发速率等实验参数，制备高质量ZnO/ZnSe同轴II型异质结纳米线阵列；利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、光致发光谱、太阳能电池测试等多种表征方法，研究异质结材料结构相、尺寸、界面、应力场等参数与电池效率的关系，探索制备高质量、低带阶及高光电转换效率异质结材料的工艺技术，建立新概念，揭示新规律，以期制备出外量子效率高于10%的纳米同轴异质结太阳能电池。

结论摘要：

本项研究开展了ZnO基量子同轴II型异质结近全光谱响应能带调控及其太阳能电池应用研究。主要成果有1、基于力学平衡理论和第一性原理计算方法，成功设计了具有近全光谱响应（最低带隙0.4eV）、高效载流子分离效率的量子同轴线结构材料；2、采用化学气相沉积方法，制备了具有共格界面层的ZnO/ZnSe量子同轴线，首次观测到II型异质界面的带阶跃迁，将材料的有效带隙拓展至1.6eV；3、通过生长控制，制备出20 nm超细ZnO纳米线，并利用量子同轴线的ZnSe外壳层失配应力成功地将ZnO芯大幅度调制成为赝晶，有效地扩展界面区域。首次将宽禁带半导体光吸收范围突破至0.9eV以下的短波红外区域，实现了对94%太阳光谱的吸收，位列国际同类器件最高水平；4、利用元素共蒸方法，并通过混晶无序效应，制备出高质量、具有共格界面层的ZnO/ZnCdSe量子同轴线，最大转换效率达3.68%；5、提出可精确控制多元组分生长的物理交替沉积生长方法，成功制备了ZnO/ZnCdSe量子同轴线，并应用于太阳能电池。这些成果先后在J. Mater. Chem. A, solar energy materials and solar cells、nanoscale等重要学术刊物上发表论文10篇；参加学术交流5次；培养7名研究生，其中博士生2名，硕士5名；另外还培养2名工程师攻读在职硕士学位。