雜化型光伏電池是一新型光電轉換電子器件。和矽基太陽能電池相比，這種新型電池具有更高的性價比。雖然目前雜化電池的光電轉換效率依然偏低，但利用其獨特的有機–無機材料結合的特點，它在生產成本和性能方面都有望超過矽基電池。

圖1：a)氧化鋅納米線陣列；b)絨毛狀氧化鋅納米線陣列；c)聚合物雜化電池的結構圖。

本專案的目標是開發新型的雜化光伏電池元件，我們將通過對有機–無機光電池結構的設計、新的製造工藝，以及納米材料介面的研究，實現光電轉換效率和性價比的提高。實驗中，我們將合成了不同形貌的氧化鋅納米結構，如竪直納米線陣列（圖1a）和毛絨狀納米線陣列（圖1b）等，並將其用於構建雜化光伏元件（圖1c）。氧化鋅納米線是固有的n型半導體材料，將p型共軛聚合物填充於氧化鋅納米線的縫隙可以形成大面積p-n異質結。我們將對氧化鋅納米構造表面的侵潤性，界面電子結構、光生激子的擴散與分離等問題進行系統的研究。通過對電極結構及有機–無機界面的設計改善，優化的雜化電池將有利於減少電荷複合的損失，從而提高光電轉換效率。

　

　

　

項目組成員（ 左起）： 嚴策（ 博士生），O. Kutzay博士，S.K. Jha博士，J. A.Zapien 博士（助理教授，合作研究員），I. Bello教授（ 責任研究員）， 張文軍博士（ 副教授， 合作研究員）， 王洪恩（博士生），陳振華（博士生），劉超平（博士生）。

由於激子在有機材料中的擴散長度較小(2-20nm)，控制氧化鋅納米線的間距對於載流子的捕獲至關重要。此外，形成大面積p-n結界面使得載流子能有效分離也是一個需要解決的關鍵問題。目前，控制聚合物在納米線陣列中的分佈仍是一個技術難題，原因有以下幾個方面：1)大分子聚合物難以進入納米結構間隙；2)納米材料表面及其空隙間所含的氣體易被聚合物所包圍；3)納米材料與聚合物間不良的侵潤性將導致有機–無機物分離。該項目將採取一種新的技術路線來解決上述問題：先將納米結構置於真空中加熱以除去所含氣體，然後在保護環境中利用超聲輔助填充聚合物。該方案可以通過對界面的控制以有效提升雜化電池的效率。

Igor BELLO教授
香港城市大學
物理及材料科學系
apibello@cityu.edu.hk