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开发由无机半导体纳米粒子和导电高分子所组成的新型复合纳米材料,因其有望用于成本更低的新型有机-无机复合太阳能电池电极材料而具有极其诱人的应用前景。有鉴于此,本文着眼于可作为空穴传输材料和敏化剂的导电高分子纳米粒子形态调控、带隙可调的宽带隙半导体及无机敏化剂纳米晶合成、新型无机-有机复合纳米结构制备等方面,主要探索纳米材料维度、尺寸、形貌和结构的有效调控合成和反应新途径,做了大量有益和创造性的探索,为新型复合太阳能电池装置做了充分的材料储备。
首先针对液体电解质存在的诸多缺点及现有的合成导电聚合物纳米结构方法的局限性,选取可同时作为固体电解质和敏化剂的空穴传输材料导电聚苯胺和聚吡咯,通过改进的简单水相化学聚合法,分别在无任何软、硬模板、添加不同表面活性剂及以无机氧化物为模板的情况下成功得到了尺寸和形态可调的导电高分子纳米线、管、空心球及球形粒子,讨论了不同合成途径中的纳米结构形成机制,为大量制备此类导电高分子材料纳米结构提供了可能。
其次发展了一种简单的水相原位聚合方法,将导电聚合物与本组已能批量制备的各种宽带隙半导体氧化物纳米带有效复合起来,得到了一种新颖的无机-有机导电高分子核-壳结构。这类复合纳米结构具有较高的接触界面面积,预期能更有利于无机和有机相之间的电荷传输。同时其吸收光谱视条件不同而出现显著的红移或蓝移,有望拓展复合结构的吸收光谱和太阳光谱的交叠范围。
为得到不同能带结构和形貌的宽带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体,发展了室温微乳法调控生长各种单晶ZnS纳米结构。利用改进的溶剂热方法得到了单分散ZnS等量子点。吸收和发射光谱研究显示此方法可选择性调控胶体半导体纳米晶的能带和发射光谱,为优化材料的吸收和太阳光发射谱之间的能带交叠提供了可能。
最后,发展了一种无需有机前驱物的无毒溶剂热法,成功合成了不同粒径的窄带隙半导体PbSe单分散纳米晶及PbSe/PbS复合结构;发展了一种简易溶液法制备单晶Pb纳米棒和纳米粒子;提出了一种pH值选择性调控途径并用其合成了SeTe异质结纳米结构、组成比可调的合金纳米棒及Se、Te单晶纳米线。