基于垂直取向的锌基杂化本体异质结薄膜的设计制备、界面调控及光伏器件研究
结题报告
批准号:
21176019
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陶霞
依托单位:
学科分类:
B0815.能源化工
结题年份:
2015
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑言贞、侯茜、杨允杰、李昕、王东亭、赵家兴、邓洁、卢鑫泓、任园女
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中文摘要
在分子水平上调控纳米有序的锌基/聚合物杂化薄膜是解决HSC光电转化效率低的关键科学问题。本项目拟运用一类全新的方法和设计理念来构筑HSC,即设计制备具有垂直于ITO基底层的、长度近似于膜厚的、与聚合物在界面层形成纳米级均匀混合的锌基薄膜。同时,调控氧化铝模板纳米孔道制备排列整齐且垂直于基底的ZnO纳米棒或纳米线,并采用溶液成膜法将其均匀包封在聚合物内,制备成最终垂直于两个基底层的一维ZnO/聚合物HSC,期望从材料和制备上一举突破HSC收集和输运电荷的传统限制- - inefficient hopping electron transport。利用扫描探针等显微技术和各种谱学手段研究定向排列组装的ZnO微结构包括维数、长径比、表面结构等的变化规律与调控机制,以及微观异质结界面-电荷分离与传输-光伏性能之间的相互依存关系和作用机理,为HSC在未来太阳能薄膜电池产业中的应用提供理论基础和实践指导。
英文摘要
本项目以提高锌基杂化太阳能电池(HSC)光电转换效率为目的,设计制备出一类垂直排列于基底层的一维ZnO纳米棒(NRs)与聚合物杂化的本体异质结薄膜。基此,构建高性能锌基HSC器件。具体研究结果有:.1.一维氧化锌纳米薄膜的制备研究:采用溶胶凝胶法、热溶剂法等制备出ZnO NRs、聚集体修饰的ZnO NRs、碘掺杂ZnO NRs、多级ZnO NRs等多种薄膜。采用各种显微表征技术和光谱测试手段,探究了定向排列组装的ZnO微结构包括维数、长径比、表面结构等的变化规律与调控机制。结果表明,i)聚集体表面的ZnO NRs,能实现电子沿电场轴向的有效传输,有助于ZnO纳米棒和有机相P3HT界面的充分接触,提高激子的有效解离;ii)碘掺杂拓展了ZnO NRs的光谱吸收范围,有效抑制了光生电子-空穴的复合;iii)调控多维ZnO结构中的纳米片或纳米棒密度,可同步调控ZnO结构的比表面积和电子传输性质。同时,ZnO纳米晶聚集体自身保留了的强光散射性能。.2.锌基/聚合物HSC的制备研究:优化锌基/聚合物杂化薄膜,构建多种锌基HSC器件。光电性能测试表明,i)D205表面修饰改善了ZnO NRs电池的各项光电参数(包括短路电流、开路电压、填充因子及光电转化效率),并提出了杂化电池的能级分布和电子转移过程机理;ii)经ZnO聚集体修饰的ZnO NRs HSC的短路电流显著增大,效率提高了32%。其原因是,ZnO聚集体增大了D205的吸附量,增加光吸收利用,同时ZnO聚集体促进了载流子分离,增加了有效电荷产生,最终提高了电池转换效率;iii)在优化条件下,基于纳晶聚集体/纳米片(NA/NS)的多维ZnO光阳极的电池效率提升至7.35%。效率提高归因于高的比表面积、有效的电子传输和强的光散射性能在多维度ZnO NA/NS光阳极内部的完美结合。另外,基于传统的HSC结构,我们以优化好的ZnO纳米棒为光电极,尝试设计了钙钛矿HSC电池结构,并对电池结构的制备工艺进行了优化,获得了13.47%的转换效率。. 本项目研究成果目前已发表SCI论文13篇。申请专利6项,授权2项。作为第一完成人申报的项目"光电功能薄膜及其应用性能基础研究"荣获2012 年中国石油和化学工业联合会科技进步奖二等奖。参加国际会议3次,国内会议3次。培养博士生9名,(毕业5名),硕士生11名(毕业8名)。
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
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:--
作者:Liu, Yu;Tao, Xia;Cao, Guozhong;Chen, Jian-Feng;
通讯作者:
A comparative study on indoline dye- and ruthenium complex-sensitized hierarchically structured ZnO solar cells
二氢吲哚染料和钌配合物敏化分级结构ZnO太阳能电池的比较研究
DOI:10.1016/j.elecom.2012.01.001
发表时间:2012-03
期刊:Electrochemistry Communications
影响因子:5.4
作者:Ren, Yuannv;Zheng, Yan-Zhen;Zhao, Jiaxing;Chen, Jian-Feng;Zhou, Weilie;Tao, Xia
通讯作者:Tao, Xia
Multidimensional ZnO Architecture for Dye-Sensitized Solar Cells with High-Efficiency up to 7.35%
多维%20ZnO%20Architecture%20for%20染料敏化%20Solar%20Cells%20with%20High-Efficiency%20up%20to%207.35%
DOI:10.1002/aenm.201301802
发表时间:2014-06-01
期刊:ADVANCED ENERGY MATERIALS
影响因子:27.8
作者:Lu, Xin-Hong;Zheng, Yan-Zhen;Chen, Jian-Feng
通讯作者:Chen, Jian-Feng
In situ hydrothermal growth of hierarchical ZnO nanourchin for high-efficiency dye-sensitized solar cells
用于高效染料敏化太阳能电池的分级ZnO纳米胆的原位水热生长
DOI:10.1016/j.jpowsour.2013.12.123
发表时间:2014-05
期刊:Journal of Power Sources
影响因子:9.2
作者:Yan-Zhen Zheng;Haiyang Ding;Yu Liu;Xia Tao;Guozhong Cao;Jian-Feng Chen
通讯作者:Jian-Feng Chen
DOI:10.1016/j.electacta.2013.10.129
发表时间:2013-12
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Shiqing Bi;Yan‐Zhen Zheng;Hai-yang Ding;Xia Tao;Jianfeng Chen
通讯作者:Shiqing Bi;Yan‐Zhen Zheng;Hai-yang Ding;Xia Tao;Jianfeng Chen
钙钛矿太阳能电池全生命周期铅管理与可持续利用——超重力场的强化作用
  • 批准号:
    22378019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
SAC-Cu嵌入光阳极水氧化原位构建光Fenton降解污染物
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
钙钛矿光伏驱动高效电解水的整体式光电化学池研究
  • 批准号:
    21676017
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
染料敏化太阳电池自驱动强化光催化降解污染物体系研究
  • 批准号:
    21377011
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    83.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
可见光响应异质半导体纳晶多孔薄膜的制备及催化性能研究
  • 批准号:
    20977005
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
新型能量转换钛基纳米管薄膜制备与应用性能研究
  • 批准号:
    20776014
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
有毒有机污染物在微反应器内的光氧化降解研究
  • 批准号:
    20546001
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
微反应器的设计构筑及其环境学应用研究
  • 批准号:
    20577002
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2005
  • 负责人:
    陶霞
  • 依托单位:
国内基金
海外基金