高效有机-无机杂化光伏材料与器件的基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51323003
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    300.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E03.有机高分子材料
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In the past several years, polymer and polymer/perovskite hybrid solar cells have attracted considerable attentions. Compares with inorganic semiconductors, organic photovoltaic materials possess several unique advantages such as low-cost, low-toxicity, and can be made into flexible devices that fulfill different types of photovoltaic applications. In recent years, great progresses have been achieved in this field with power conversion efficiencies over 10%. Recently perovskite-based organic/inorganic hybrid semiconductors also emerge as another very promising photovoltaic material. The best solar cells based on vacuum deposited perovskite material had already reached 15% while the performance of solution-processed devices remained low. Therefore, it is strongly desired to develop solution processing methods to fabricate pervoskite films and integrated them with organic semiconductors to produce cost effective and high performance hybrid solar cells. Nevertheless, the technology of organic and organic/inorganic hybrid solar cells is not sufficiently mature for commercialization. As the development of organic and perovskite photovoltaic materials is the key for the realization of highly efficient solar cells, in this proposal we will design and develop new donor and acceptor materials and study the relationships between their chemical structures, processibility, optical properties, charge transport properties, morphology and photovoltaic characteristics. In addition, the new organic semiconductors will be applied with the pervoskite films to produce highly efficient heterojunction hybrid solar cells. Through the integrated strategy combining new materials, device engineering, process optimization and interface engineering, hybrid solar cells with extremely high efficiencies are anticipated. These achievements will consequently lead to independent intellectual property rights and greatly contribute to the development of renewable power sources for our country.
近年来,有机/聚合物及可溶液加工的有机-无机杂化光伏电池作为一种新型太阳电池技术在国际上引起了广泛关注。和纯无机半导体材料相比,有机/聚合物光伏材料和有机-无机杂化材料价格低廉,毒性小,便于制成柔性器件, 可以提供不同形式的能源供给模式。可溶液加工的有机-无机杂化光伏电池在近年也得到到广泛关注,尤其是钙钛矿结构的有机-无机杂化材料,其具备迁移率高,吸收好等优点。在本项目的研究中,我们拟进行新材料的设计与合成,发展一系列新型的光伏给体材料和受体材料以及具有钙钛矿结构的有机-无机杂化材料,研究化学结构对材料的加工性能、光学性能、电荷传输性能、光伏性能等方面的影响,探索光伏活性层纳米薄膜聚集态结构的调控方法。在新材料的基础上,通过器件制作、器件界面工程的全面优化,在高效率有机/聚合物及可溶液加工的有机-无机杂化太阳电池领域有重大突破。

结项摘要

近年来,有机/聚合物及可溶液加工的有机-无机杂化光伏电池作为一种新型太阳电池技术在国际上引起了广泛关注。与纯无机半导体材料相比,有机/聚合物光伏材料及有机-无机杂化材料价格低廉,毒性小,便于制成柔性器件,可以提供不同形式的能源供给模式。然而,尽管目前有机/聚合物及可溶液加工的有机-无机杂化太阳电池的能量转换效率在不断攀升,但是离商业化的要求还有较大的距离。因此,在本项目的研究中,我们首先设计合成了一系列有机太阳电池的新型给体、非富勒烯受体及可溶液加工的界面材料,并通过优化器件加工工艺,实现了单节有机太阳电池能量转换效率11%以上,其中,可厚膜加工的界面材料和绿色溶剂加工工艺为未来大面积印刷工业化生产提供了理论依据和技术支持;同时,我们通过构建新型叠层结构,提高器件对光的利用率,并结合光学模拟手段,显著提高有机太阳电池效率至12%以上;其次,我们还通过调节钙钛矿前驱体溶液中不同成分的比例或加入少量添加剂对钙钛矿薄膜的微观形貌进行调控,并设计一系列空穴及电子传输层或修饰层材料,实现能量转换效率18%以上,制备了高效、稳定并适合印刷制备的钙钛矿太阳电池。综上所述,这些理论研究成果的取得为有机/聚合物及可溶液加工的有机-无机杂化光伏电池的商业化奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
n-Type Water/Alcohol-Soluble Naphthalene Diimide-Based Conjugated Polymers for High-Performance Polymer Solar Cells
用于高性能聚合物太阳能电池的 n 型水/醇溶性萘二酰亚胺基共轭聚合物
  • DOI:
    10.1021/jacs.5b12664
  • 发表时间:
    2016-02-17
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Wu, Zhihong;Sun, Chen;Cao, Yong
  • 通讯作者:
    Cao, Yong
Amino-Functionalized Conjugated Polymer as an Efficient Electron Transport Layer for High-Performance Planar-Heterojunction Perovskite Solar Cells
氨基官能化共轭聚合物作为高性能平面异质结钙钛矿太阳能电池的高效电子传输层
  • DOI:
    10.1002/aenm.201501534
  • 发表时间:
    2016-03-09
  • 期刊:
    ADVANCED ENERGY MATERIALS
  • 影响因子:
    27.8
  • 作者:
    Sun, Chen;Wu, Zhihong;Cao, Yong
  • 通讯作者:
    Cao, Yong
New Fullerene Design Enables Efficient Passivation of Surface Traps in High Performance p-i-n Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells
新型富勒烯设计可实现高性能 p-i-n 平面异质结钙钛矿太阳能电池中表面陷阱的高效钝化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Xing Yue;Sun Chen;Yip Hin-Lap(叶轩立);Bazan Gui C.;Huang Fei;Cao Yong
  • 通讯作者:
    Cao Yong
High Performance Polymer Tandem Solar Cells Employing New n-type Conjugated Polymer as Interconnecting Layer
采用新型 n 型共轭聚合物作为互连层的高性能聚合物串联太阳能电池
  • DOI:
    10.1002/adma.201506270
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Kai Zhang;Ke Gao;Ruoxi Xia;Zhihong Wu;Chen Sun;Jiaming Cao;Liu Qian;Weiqi Li;Shiyuan Liu;Fei Huang;Xiaobin Peng;Liming Ding;Hin-Lap Yip;Yong Cao
  • 通讯作者:
    Yong Cao
General design of self-doped small molecules as efficient hole extraction materials for polymer solar cells
聚合物太阳能电池高效空穴提取材料自掺杂小分子的总体设计
  • DOI:
    10.1039/c6ta09925d
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Xue Yuyuan;Guo Peipei;Yip Hin-Lap(叶轩立);Li Yuan;Cao Yong
  • 通讯作者:
    Cao Yong

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其他文献

有机太阳电池关键材料研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    童杨;肖作;杜晓艳;左传天;李跃龙;吕梦岚;袁永波;易陈谊;郝锋;华雍;雷霆;林乾乾;孙宽;赵德威;段春晖;邵向锋;李伟;叶轩立;肖正国;张斌;边庆真;程远航;刘升建;程明;靳志文;杨上峰;丁黎明
  • 通讯作者:
    丁黎明

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叶轩立的其他基金

有机及钙钛矿太阳能电池中英双边研讨会
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    15 万元
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    国际(地区)合作与交流项目
高性能叠层钙钛矿太阳电池的研究
  • 批准号:
    51573057
  • 批准年份:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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