Cu2ZnSnS4(CZTS)/单晶TiO2纳米线阵列复合薄膜的制备及其光电性能研究

批准号:
51202112
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
陶海军
依托单位:
学科分类:
E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
陶杰、何娉婷、庞旭明、顾洪汇、陈善龙、沈一洲
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中文摘要
鉴于单晶TiO2纳米线阵列在光电荷传输上的高效性和Cu2ZnSnS4(CZTS)作为太阳光吸收材料的低成本、无毒和高吸收性,本项目采用水热/溶剂热-两步法在钛箔表面制备CZTS/单晶TiO2纳米线阵列复合薄膜,并以此为基础组装CZTS敏化TiO2有序纳米阵列太阳能电池。通过对溶剂热反应过程、CZTS/TiO2异质结界面结构、异质结光电性能的研究,揭示溶剂热条件下纳米空隙内CZTS的原位生长行为,提出CZTS/TiO2异质结界面处的光电荷传输机制。本项研究开拓了CZTS新的应用领域,为提高无机物敏化TiO2太阳能电池光电转换效率提供了新的途径,为设计新型太阳能电池结构提供了理论基础和依据。
英文摘要
Based on high photoelectric charge transfer efficiency of single crystalline TiO2 nanowire arrays and low cost, non-toxic, high visible light absorption efficiency of Cu2ZnSnS4 (CZTS), CZTS sensitized TiO2 nano arrays solar cells are fabricated. Herein, CZTS/single crystalline TiO2 nanowire arrays are synthesized on the surface of the titanium foil by a two-step (hydrothermal/ solvothermal) method. Through the research on the process of solvothermal reaction, the heterojunction interface structure of CZTS/TiO2 and the photovoltaic properties of heterojunction, we reveal the in-situ growth behavior of CZTS in TiO2 nanowire arrays and present a photoelectric charge transfer mechanism of CZTS/TiO2 heterojunction. Otherwise, this study develops a new application field of CZTS, provides a new way to improve the photoelectric conversion efficiency of the inorganic materials sensitized solar cells, gives the theoretical basis and evidences for designing new solar cells' structures.
本项基金在单晶TiO2纳米线阵列可控制备的基础上,构筑了TiO2绒状纳米线以增加比表面积和光散射,并通过溶剂热原位合成CZTS/TiO2(绒状)纳米线复合结构。与此同时,还制备了CZTS/TiO2纳米管阵列、CZTS/TrGO(巯基化石墨烯)/TiO2纳米颗粒、CZTS薄膜等多种复合结构,并充分探究了上述复合结构作为光阳极、敏化光阳极和对电极在DSSC中的应用,取得以下若干进展。(1)采用水热法成功在钛箔表面制备了单晶TiO2纳米线阵列,优化工艺后其组装的DSSC光电转换效率最高可达1.29%。(2)采用二步水热法成功在钛箔表面制备了TiO2绒状纳米线,其DSSC光电转换效率达到3.1%。(3)采用溶剂热法分别成功制备了CZTS/单晶TiO2纳米线阵列和CZTS/TiO2绒状纳米线复合结构,将其组装成DSSC后,CZTS/TiO2绒状纳米线敏化电池的光电转换效率明显高于CZTS/单晶TiO2纳米线阵列敏化电池,达到0.278%。(4)采用自组装的方式成功制备了TrGO修饰CZTS/TiO2纳米颗粒光阳极,由于TrGO对CZTS的吸附,导致产生更多的光生电子,同时其自身π环为光生电子提供快速的传输通道,降低了电子空穴的复合率,因此获得了较好的光电性能(Voc = 0.560 V,Jsc = 0.411 mA/cm2,η = 0.133%)。(5)采用溶剂热法成功在FTO表面原位制备了CZTS薄膜,将其作为对电极组装的DSSC光电转换效率最高可达5.65%;采用先电沉积铜锡金金属预制层后溶剂热法成功制备了CZTS对电极,其组装的DSSC效率最高可达7.09%;采用先电沉积铜锡金属预制层后溶剂热法成功制备了CTS4(Cu3SnS4)对电极,其组装的DSSC效率最高可达7.8%。此外,本项目还探究了钙钛矿太阳能电池的制备工艺和稳定性、钛及钛合金表面微纳二级结构在疏水、防冰方面的应用。
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
Facile synthesis of single crystalline sub-micron Cu2ZnSnS4 (CZTS) powders using solvothermal treatment
使用溶剂热处理轻松合成单晶亚微米 Cu2ZnSnS4 (CZTS) 粉末
DOI:10.1039/c4ra12815j
发表时间:2015-01-01
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Chen, Shanlong;Tao, Haijun;Wang, Tao
通讯作者:Wang, Tao
Nanostructures in superhydrophobic Ti6Al4V hierarchical surfaces control wetting state transitions
超疏水 Ti6Al4V 分级表面中的纳米结构控制润湿状态转变
DOI:10.1039/c5sm00024f
发表时间:2015-01-01
期刊:SOFT MATTER
影响因子:3.4
作者:Shen, Yizhou;Tao, Jie;Wang, Tao
通讯作者:Wang, Tao
DOI:--
发表时间:--
期刊:功能材料
影响因子:--
作者:陶海军;陈善龙;汪涛;陶杰
通讯作者:陶杰
DOI:--
发表时间:2015
期刊:材料科学与工程学报
影响因子:--
作者:陶海军;陈善龙;沈一洲;陶杰
通讯作者:陶杰
Superhydrophobic Ti6Al4V surfaces with regular array patterns for anti-icing applications
具有规则阵列图案的超疏水 Ti6Al4V 表面,适用于防冰应用
DOI:10.1039/c5ra01365h
发表时间:2015-04
期刊:RSC Advances
影响因子:3.9
作者:Tao, Haijun;Chen, Shanlong;Pan, Lei;Wang, Tao
通讯作者:Wang, Tao
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