杂化型光伏电池是一新型光电转换电子器件。和矽基太阳能电池相比，这种新型电池具有更高的性价比。虽然目前杂化电池的光电转换效率依然偏低，但利用其独特的有机–无机材料结合的特点，它在生产成本和性能方面都有望超过矽基电池。

图1：a)氧化锌纳米线阵列；b)绒毛状氧化锌纳米线阵列；c)聚合物杂化电池的结构图。

本专案的目标是开发新型的杂化光伏电池元件，我们将通过对有机–无机光电池结构的设计、新的制造工艺，以及纳米材料介面的研究，实现光电转换效率和性价比的提高。实验中，我们将合成了不同形貌的氧化锌纳米结构，如竖直纳米线阵列（图1a）和毛绒状纳米线阵列（图1b）等，并将其用于构建杂化光伏元件（图1c）。氧化锌纳米线是固有的n型半导体材料，将p型共轭聚合物填充于氧化锌纳米线的缝隙可以形成大面积p-n异质结。我们将对氧化锌纳米构造表面的侵润性，界面电子结构、光生激子的扩散与分离等问题进行系统的研究。通过对电极结构及有机–无机界面的设计改善，优化的杂化电池将有利于减少电荷复合的损失，从而提高光电转换效率。

　

　

　

项目组成员（ 左起）： 严策（ 博士生），O. Kutzay博士，S.K. Jha博士，J. A.Zapien 博士（助理教授，合作研究员），I. Bello教授（ 责任研究员）， 张文军博士（ 副教授， 合作研究员）， 王洪恩（博士生），陈振华（博士生），刘超平（博士生）。

由于激子在有机材料中的扩散长度较小(2-20nm)，控制氧化锌纳米线的间距对于载流子的捕获至关重要。此外，形成大面积p-n结界面使得载流子能有效分离也是一个需要解决的关键问题。目前，控制聚合物在纳米线阵列中的分布仍是一个技术难题，原因有以下几个方面：1)大分子聚合物难以进入纳米结构间隙；2)纳米材料表面及其空隙间所含的气体易被聚合物所包围；3)纳米材料与聚合物间不良的侵润性将导致有机–无机物分离。该项目将采取一种新的技术路线来解决上述问题：先将纳米结构置于真空中加热以除去所含气体，然后在保护环境中利用超声辅助填充聚合物。该方案可以通过对界面的控制以有效提升杂化电池的效率。

Igor BELLO教授
香港城市大学
物理及材料科学系
apibello@cityu.edu.hk