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能源问题制约着当今社会持续发展，太阳能的利用是解决能源问题的最佳选择之一。低成本高效能的太阳能光伏器件的研究有着广阔的应用前景，TiO2纳米管阵列由于其独特的结构及良好的电子传输性能而广受关注。本文主要研究利用不同方法在TiO2纳米管阵列中沉积半导体量子点来敏化TiO2阵列电极，提高TiO2纳米管阵列的光电转换性能，为进一步构建三维太阳能电池奠定基础，主要结果如下：
利用液相沉积法，借助于多功能连接分子（HS-R-COOH），将四种不同尺寸的CdTe量子点沉积到TiO2纳米管阵列中，并利用光电化学电池测试电极特性。研究发现，当量子点的尺寸减小时，禁带宽度增大导致吸光减少，而导带位置的变化使光生电子注入TiO2的能力变强。当CdTe量子点吸收峰在536nm附近时，敏化电极的光电流最高，短路电流达到6 mA/c㎡，比敏化前的TiO2阵列电极提高了大约35倍。
通过在TiO2纳米管阵列中气相沉积CdS纳米颗粒，构建了三维TiO2/CdS光电极。CdS纳米颗粒的沉积采用近空间升华法，无需使用其它催化剂，方便快速。沉积的CdS半导体纯度很高，结晶性好。气相沉积得到的TiO2/CdS光电极在光电化学电池测试中，短路电流达到5.6 mA/c㎡，与液相法沉积量子点敏化的光电极水平相当。这种沉积方法对于构建下一代三维结构的全固态太阳能电池具有重要的意义。
采用化学水浴法在TiO2纳米管中原位生长CdS与CdSe半导体量子点，得到复合量子点敏化的TiO2阵列电极。TiO2/CdS/CdSe电极在光电化学电池测试中得到了13 mA/c㎡的短路电流，大于CdS与CdSe单独敏化得到电流之和。TiO2/CdS/CdSe复合敏化电极可以很大程度扩展TiO2阵列电极的光谱响应范围，同时合适的能带排列提供了光生电子注入TiO2能带的动力，促进了光生电子和空穴的分离，显著提高了TiO2纳米管阵列电极的光电转换性能。