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光吸收是决定太阳能器件性能好坏的重要原因之一。但对于大部分半导体,其固有的高折射率会导致严重的光吸收损失。到目前为止,如何提升器件的有效光吸收仍然是一个巨大的挑战。为此,我们制备了一系列具有陷光效应的纳米结构,包括纳米片阵列和反蛋白石结构,将其运用在太阳能电池和光电解水产氢领域,并获得了光电转换效率的有效提升。1.制备了一系列不同材料的纳米片阵列结构。将其作为光吸收材料可以获得95%的吸光效率(对于硫化镉材料),远高于薄膜和多孔结构的光吸收。进一步研究表明片层结构的吸收增强作用来源于片与片之间的多重散射效应。这种结构的光吸收增强作用广泛适用于多种材料体系,包括硫化镉,硒化镉,铜锌硒硫,甚至是金属镉。2.纳米片阵列结构不但可以增强自身材料的光吸收,还可以作为一种功能化的骨架来负载有机物,利用骨架恰当的几何结构来提升负载物的吸光效率。实验表明,对于15 nm厚的P3HT薄膜来说,其吸收效率可以被提升至95%。将这种具有陷光效应的阳极骨架应用于有机无机杂化电池中,使CdS纳米片阵列/P3HT电池展现出4.4 mA cm-2的光电流密度,10倍于传统的CdS/P3HT薄膜结构电池。进一步的研究表明,整个光电流的提升来源于CdS和P3HT的共同贡献。3.设计了一种CdS/P3HT空腔电池结构,它拥有以下特点:(1)具有陷光效应的CdS纳米片阵列作为骨架,(2)将P3HT以薄膜的形式包覆在CdS片层外侧形成核-壳结构,(3)中空的孔洞以及平铺的Au电极。得益于对入射光的有效吸收以及对空穴传输路径的优化,这种新型的结构获得了3.4 mA cm-2的光电流密度和0.52%的光电转换效率,远高于薄膜及传统的P3HT完全填充电池。将这种电池结构概念引入到CdSe/P3HT中,获得了类似的光电流提升。表明这种结构不仅适用于宽带隙半导体,而且在窄带隙半导体和P3HT的电池体系中同样奏效。4.制备了CdS的反蛋白石结构,并将其应用于光电化学裂解水制氢。由于反蛋白石结构恰当的孔壁厚度及多孔的结构特点,可以有效提升光吸收效率并促进空穴的传输。优化后的CdS反蛋白石电极表现出3.1 mA cm-2的光电流密度,这是薄膜结构电极的3.1倍。在3小时的持续光照下该电极的光电流也不会发生明显衰减,变现出很高的稳定性。通过包覆CdSe的方法可以将CdS反蛋白石结构的光电流进一步提升至10.5 mA cm-2