新型纳米结构材料的太阳能电池,能够降低太阳能电池的成本和提高能量转换效率,已经成为研究的热点,特别是异质结薄膜太阳能电池。将TiO2与CuInSe2(CuInS2)进行复合,构建了低成本、高转换效率的PN异质结薄膜太阳能电池器件。CuInSe2是多元化合物p型半导体,其光电转化效率高达19.5%,光吸收系数达105数量级,利于太阳能电池基区光子吸收和少数载流子的收集。TiO2的氧化能力强,具有无毒,耐酸碱,一种宽禁带n型间接半导体。TiO2与CuInSe2复合形成PN异质结,能促进光生电子空穴对的分离,减小少数载流子的平均扩散长度从而降低复合几率,增加了电荷的收集效率;并且可以降低对CuInSe2材料的纯度要求。目前CIS/TiO2复合薄膜太阳能电池,最高的能量转换效率达到7%,在全固态薄膜太阳能电池方面,有广阔的应用前景。在TiO2/CIS复合薄膜太阳能电池中,通过改善TiO2薄膜中的电荷传输,光伏效率由0.2%提高到了2.8%;在TiO2与CIS之间增加In2S3作为缓冲层,能量转换效率得到进一步提高(7%)。由此可以看出界面性质决定了器件性能,而深入研究和理解界面中光电荷分离、传输以及复合过程对于能量转换效率的提高具有很重要的指导意义。CIS/TiO2复合太阳能电池的研究大多是基于TiO2纳米颗粒,而一维纳米阵列结构以其优异的电荷传输性能已经广泛用于光电器件中。这里,我们以FTO为基底,先以水热法制备一维TiO2纳米线阵列结构,再利用一步电化学沉积法在TiO2纳米线阵列填充CIS纳米颗粒,构筑CIS/TiO2异质结结构。为了研究界面性质对电荷分离和传输的影响,我们进行了以下三方面的研究工作:(1)采用旋涂法在FTO表面旋涂TiO2紧密层,在此基础上,以刮涂法制备TiO2纳米颗粒薄膜。利用场发射扫描电子显微镜(FSEM)、稳态表面光电压(SPV)及其相位谱、交流阻抗谱(EIS),研究了TiO2紧密层对TiO2纳米颗粒薄膜与FTO基底之间的界面中电荷传输过程的影响。实验结果表明:TiO2紧密层可以改善从TiO2薄膜到FTO表面的电荷的传输,减少复合。(2)通过水热法生长金红石相和锐钛矿相的TiO2纳米棒阵列,主要利用场发射扫描电子显微镜(FSEM)、表面光电压(SPV)及其相位谱、开尔文探针(Kelvin)等,对不同相的TiO2纳米线复合薄膜的晶体结构、形貌及光电性质进行了表征和分析。并且研究了CIS/TiO2复合薄膜的界面能带结构,以及电荷传输过程。实验结果表明:不同PH值的生长环境,可以影响复合薄膜基底FTO的功函,从而影响界面光生电荷的分离和传输。(3)利用电荷传输的一维扩散模型,在一定的假设条件下,推导光电荷浓度随时间、位置变化的关系式,借助电场E遵循的泊松方程,得到瞬态响应U。借助数学软件(MATLAB),通过数值拟合的方法分析了不同因素的变化对瞬态响应的影响,并研究了TiCl4溶液处理对TiO2薄膜中光生电荷扩散过程的影响。