基于Cu2ZnSn(S1-x,Sex)4-金属纳米异质结构的全固态量子点敏化太阳能电池
结题报告
批准号:
61604086
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
19.0 万元
负责人:
马帅
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
吕浩、逄贝莉、朱倩倩、初春晓
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中文摘要
本项目首次采用金属硫族化合物Cu2ZnSn(S1-x,Sex)4 (CZTSSe)量子点-金属(Au、Pt 、Ag等)纳米颗粒的异质结构作为敏化剂、结合石墨烯-TiO2复合光阳极和钙钛矿型固态电解质, 设计并组装成新型全固态量子点敏化太阳能电池。该电池将CZTSSe和Au/Pt/Ag纳米颗粒的光电特性充分结合,应用该异质结构特有的局部表面等离子体共振效应、增加电池在可见光和近红外区域的光谱吸收强度,同时有效降低光生激子结合能,从而提高光生载流子产生的效率
英文摘要
In this research, we for the first time apply a novel kind of nano-heterostructure, i.e., metal sulfide Cu2ZnSn(S1-x,Sex)4 (CZTSSe) quantum dots with noble metal nanoparticles(Au,Pt,Ag, etc.) for fabricating the all-solid-state quandum-dots sensitized solar cells. Specifically, CZTSSe-Au/Pt/Ag nano composites functions as light absorber, in order to substitute the conventional dye; meanwhile, graphene-TiO2 film and solid-state perovskite electrolyte are as working electrode and hole-transport materials, respectively. This new type quantum-dots solar cells (QDSCs) will take advantage of the optoelectronic properties of both CZTSSe and Au/Pt/Ag nanoparticles, including the local surface plasmon resonance (LSPR) effects to increase the light absorption in visible-light and near-infrared region. In this case, the bonding energy of photogenerated.excitons can be efficiently reduced, and the light conversion efficiency of solar cells can be improved correspondingly.
亚化学计量硫族化合物半导体本身具备组份依赖的局域表面等离子共振(LSPR)效应,与等离子态的纳米金(Au)结合可以得到性能优良的新型纳米异质结;Au粒子的加入不仅可直接提高纳米复合结构的光吸收特性,也会降低光生激子结合能、从而提高光生载流子产生效率;所具备的等离子光陷阱机制可有效增加纳米异质结构的光电转换能力。本项目成功制备了纳米异质结Cu2ZnSn(S1-x,Se x)4-Au(CZTSSe-Au,x = 0时缩写为CZTS-Au)复合材料,并首次将其作为对电极材料、与无机钙钛矿CsSnI2.95F0.05空穴传输层相结合,构造了全固态染料敏化太阳能电池(DSSCs)。光学表征测试结果表明,借助纳米金及CZTSSe周围产生的LSPR效应,贵金属纳米粒子与铜基硫族半导体化合物纳米颗粒的结合可以提高纳米异质结在可见光波段的光吸收率、且禁带宽度也随之得到调整。形貌表征证明,Au纳米颗粒在CZTSSe纳米晶表面是否进行良好的异质外延生长,决定了该异质结的光电特性如何;界面外延取向可以有效抑制异质结区域的缺陷,从而更有利于空穴的有效迁移/传输。电学测试结果表明,基于CZTSSe-Au的半导体薄膜具有良好电导率,不仅能与器件其他各层材料的能带能级相匹配,而且能抑制其内部载流子的复合、从而加速电荷在光电阴极上的转移和提取效率。采用CZTS-Au的太阳能电池光电转换效率较采用纯CZTS的电池效率提升25%,而前者的光生电流密度较后者提升了43%。小信号交流阻抗测试揭示了CsSnI2.95F0.05/CZTS-Au界面处电荷积累和传输的内部机理。可以证明,CZTS-Au纳米异质结与无机钙钛矿良好结合,具有更好的光吸收特性、同时也具备良好的催化性能,可输出更高的光电流;而有效提升纳米异质结异质外延生长质量,可以平衡器件内部电子和空穴的迁移,对于提升光伏器件的开路电压和填充因子有重要的意义。与此同时,针对DSSCs的研究,我们采用CoFe2O4纳米颗粒-石墨烯纳米片的复合结构作为电极。该新型复合结构可防止石墨烯团聚、增加有效比表面积、为载流子的传输提供有效通道。上述技术成果相结合,可以为研制大尺寸、低成本、高效率的全固态光伏器件奠定良好的技术基础。
期刊论文列表
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专利列表
DOI:10.1016/j.cej.2020.124710
发表时间:2020-08
期刊:Chemical Engineering Journal
影响因子:15.1
作者:Xipeng Xin;Hongquan Kang;Jianguang Feng;Lina Sui;Hongzhou Dong;P. Zhao;Beili Pang;Yingjie Chen
通讯作者:Xipeng Xin;Hongquan Kang;Jianguang Feng;Lina Sui;Hongzhou Dong;P. Zhao;Beili Pang;Yingjie Chen
Synthesis of CoFe2O4/graphene composite as a novel counter electrode for high performance dye-sensitized solar cells
CoFe2O4/石墨烯复合材料的合成作为高性能染料敏化太阳能电池的新型对电极
DOI:10.1016/j.electacta.2018.11.170
发表时间:2019-02-20
期刊:ELECTROCHIMICA ACTA
影响因子:6.6
作者:Pang, Beili;Lin, Shan;Dong, Lifeng
通讯作者:Dong, Lifeng
DOI:10.1017/s1431927619012698
发表时间:2019-08
期刊:Microscopy and Microanalysis
影响因子:2.8
作者:Fengjin Xia;Jie Wang;Shuai Ma;Jianguang Feng;Lifeng Dong
通讯作者:Fengjin Xia;Jie Wang;Shuai Ma;Jianguang Feng;Lifeng Dong
DOI:10.1016/j.carbon.2019.09.009
发表时间:2019-12-01
期刊:CARBON
影响因子:10.9
作者:Feng, Jianguang;Guo, Qian;Dong, Lifeng
通讯作者:Dong, Lifeng
Microstructure and compressive behavior of lamellar Al2O3p/Al composite prepared by freeze-drying and mechanical-pressure infiltration method
冷冻干燥机械压力渗透法制备层状Al(2)O(3)p/Al复合材料的微观结构和压缩行为
DOI:10.1515/secm-2020-0001
发表时间:2020
期刊:Science and Engineering of Composite Materials
影响因子:1.9
作者:Qiang Zhang;Shanliang Dong;Shuai Ma;Xuwei Hou;Wenshu Yang;Yumin Zhang;Gaohui Wu
通讯作者:Gaohui Wu
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