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具有能隙梯度的全无机甲胺铅碘薄膜太阳能电池的能带设计、构筑与性能研究

批准号:
51472110
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
曹丙强
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
车全德、刘其生、杨晓朋、巩海波、陈令、邱智文、朱敏、自敏、韩军

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
钙钛矿型甲胺铅碘太阳能电池正经历令人惊讶的效率竞赛(近五年已由3.8%提升到15.7%),但许多基本科学问题有待解决。克服由材料制备本身引起的器件性能差异,并从光生载流子输运角度阐明不同类型电池的工作机理,是两个较为关键的科学问题。本项目拟综合采用液相、气相生长技术,通过优化生长条件,获得高质量带隙可调的甲胺铅碘薄膜;利用瞬态、稳态光致发光谱,测量其激子束缚能、载流子扩散长度等基本物理参数;利用能带理论,设计电池结构,调控界面结构,并寻找合适的无机空穴传输材料;最终组装出具有能隙梯度的全无机薄膜太阳能电池。进而,通过电流电压谱、量子效率谱和电化学阻抗谱等手段,系统研究甲胺铅碘吸光层能隙梯度及异质界面结构对电池效率的影响,从能带设计和界面调控角度,阐明不同电池光生载流子产生、分离、收集及复合规律。该项目不仅在学术上具有重要意义,还可为进一步优化甲胺铅碘薄膜电池结构与性能提供理论指导和材料基础
英文摘要
The efficiency of perovskite solar cell assembled with CH3NH3PbI3 is experiencing an amazing race, which was increased from 3.8% to 15.7% during the past five years. But, several fundamental issues need to be addressed. The two important questions are how to overcome the devices performance difference caused by the material preparation itself and how to clarify the working mechanism of different cell devices from point of view of photogenerated carriers transport properties. In this project, both solution and vapor deposition methods will be adopted and optimized to grow high quality CH3NH3PbI3 and its alloy with tunable bandgap. The exciton binding energy and carrier diffusion length will be measured by steady and transient photoluminescence spectroscopy. The device structure and its heterointerface will be designed and optimized with band gap theory and Anderson principle. Inorganic semiconductor will be selected for transporting holes defusing from optical active layer. Finally, P-i-N and DH perovskite thin film solar cells with bandgap grading will be fabricated and characterized with I-V, IPCE and EIS. The influences of CH3NH3PbI3 bandgap grading and interface heterostructure on the solar cell photovoltaic efficiency will be investigated. The photogenerated carriers transport mechanism like formation, separation, collection and recombination will be clarified by bandgap design and heterointerface control. This project is of great significance not only academically, but also provides theoretical guidance and materials basis for further optimization of device structure and properties of perovskite thin-film solar cells.
在本项目实施期间,发展了两步气相辅助法制备MAPbI3钙钛矿的制备工艺,提出了溶剂辅助分子插层快速生长MAPI3钙钛矿薄膜策略,阐明了制备过程中氧气对MAPbI3钙钛矿薄膜光生载流子复合性质的影响,深入研究了三种典型电子传输层材料(ZnO;Ag/ZnO;SnO2)对甲胺铅典(MAPbI3)太阳能电池光捕获及稳定性等性质的影响;利用PLD等生长技术,实现了NiO:Li;CuI等空穴传输层透明导电电学性质调控,获得了高效率(12~20%)、稳定的平面异质结钙钛矿电池。 深入研究了三种典型电子传输层材料(ZnO;Ag/ZnO;SnO2)对甲胺铅典(MAPbI3)太阳能电池光捕获及稳定性等性质的影响;利用PLD等生长技术,实现了NiO:Li;CuI等空穴传输层透明导电电学性质调控,获得了高效率(12~20%)、稳定的平面异质结钙钛矿电池。实现了硅/钙钛矿叠层电池中光吸收层的能带调控,优化了SnO2遂穿层的设计与制备工艺,研究了氟化镁减反层对硅/钙钛矿叠层电池器件性能的影响,获得了高效(22.2%)叠层钙钛矿/Si电池。此外,根据研究课题的最新进展,还开展了无铅钙钛矿电池方面的研究工作。...
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Enhanced physical properties of pulsed laser deposited NiO films via annealing and lithium doping for improving perovskite solar cell efficiency
通过退火和锂掺杂增强脉冲激光沉积 NiO 薄膜的物理性能,以提高钙钛矿太阳能电池效率
DOI: 10.1039/c7tc01224a
发表时间: 2017-07-28
期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
影响因子: 6.4
作者: [Qiu, Zhiwen, Gong, Haibo, Cao, Bingqiang]
通讯作者: Cao, Bingqiang
The air and thermal stabilities of lead-free perovskite variant Cs2SnI6 powder
无铅钙钛矿变体 Cs2SnI6 粉末的空气和热稳定性
DOI: 10.1016/j.matlet.2017.04.046
发表时间: 2017-07-15
期刊: MATERIALS LETTERS
影响因子: 3
作者: [Jiang, Yanan, Zhang, Hailiang, Cao, Bingqiang]
通讯作者: Cao, Bingqiang
High-Quality Perovskite Films Grown with a Fast Solvent-Assisted Molecule Inserting Strategy for Highly Efficient and Stable Solar Cells
采用快速溶剂辅助分子插入策略生长的高质量钙钛矿薄膜,可实现高效稳定的太阳能电池
DOI: 10.1021/acsami.6b06847
发表时间: 2016-08-31
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Yuan, Shuai, Qiu, Zhiwen, Cao, Bingqiang]
通讯作者: Cao, Bingqiang
The Influence of Physical Properties of ZnO Films on the Efficiency of Planar ZnO/Perovskite/P3HT Solar Cell
ZnO薄膜物理性质对平面ZnO/钙钛矿/P3HT太阳能电池效率的影响
DOI: 10.1111/jace.14491
发表时间: 2017
期刊: Journal of the American Ceramic Society
影响因子: 3.9
作者: [Qiu Zhiwen, Yuan Shuai, Gong Haibo, Zhang Hailiang, Qiu Xiaofeng, Luo Ting, Cao Bingqiang]
通讯作者: Cao Bingqiang
共 15 条
    利用气相异质外延构筑2T/3T型全无机钙钛矿/晶硅叠层电池及性能研究
    • 批准号:
      52572168
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      50.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      曹丙强
    • 依托单位:
    集成了不同量子阱的PIN型氧化锌纳米线LED阵列的构筑与电致发光性能研究
    • 批准号:
      11174112
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      67.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      曹丙强
    • 依托单位:
    基于生长密度调控的两类氧化锌纳米线量子阱的PLD制备与光学性质研究
    • 批准号:
      51002065
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      21.0万元
    • 批准年份:
      2010
    • 负责人:
      曹丙强
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金