高性能叠层钙钛矿太阳电池的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51573057
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0310.其他有机高分子功能材料
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Solar cells based on organometal trihalide perovskites as light absorbers are emerging as a low-cost and high performance photovoltaic technology. Over the past few years, significant progress was made in perovskite solar cells with power conversion efficiencies shot up from 3% to 20%. Recent studies revealed that perovskite materials exhibit several desired properties for photovoltaic applications including high absorption coefficient, high ambipolar mobilities, and long carrier-diffusion lengths, making them a very appealing class of material for new generation photovoltaic technology. Although the rapid increase in efficiencies, perovskite solar cells are still far away from commercialization as they are still facing several scientific and technical challenges including poor stability, poor device reproducibility and high toxicity remains unclear. .In this proposal, the applicant will tackle the current challenges of perovskite solar cells by an integrated strategy including: 1) design and synthesis new perovskite composites, particularly on lead-free materials; 2) develop new interfacial materials tailored to improve the interfacial property in perovskite solar cells and 3) develop new processing technique to control the crystal growth and morphology of perovskite thin films. Finally we will further develop new device architecture based on tandem design to construct very high efficiency perovskite tandem solar cells. Through these complementary studies, we target to provide new solutions to improve both the reliability and performance of this new generation solar cell technology.
以钙钛矿为基础的太阳电池近年来在国际上引起了广泛关注, 钙钛矿材料具有迁移率高、载流子寿命长、光吸收能力强、可溶液加工等突出优点,并于近几年在效率方面取得了重大突破,被视为极具潜力的太阳电池技术。尽管钙钛矿太阳电池发展迅猛,但仍有许多基础科学及技术上的问题亟待解决,如器件稳定性和重复性较差、材料高毒性等。本项目结合申请人在高效有机及有机/无机杂化太阳电池研究方向的经验,从多角度出发,交叉研究解决目前钙钛矿电池领域的关键科学问题,主要包括1)新型钙钛矿杂化材料的设计合成;2)发展适合于钙钛矿太阳电池的新型界面材料及界面调控;3)开发新的加工方法以控制钙钛矿晶体的生长及薄膜形貌等。基于以上研究基础,我们将进一步发展新型钙钛矿叠层结构的太阳电池,致力于大幅度提升钙钛矿太阳电池的效率,更加突显这一新型太阳电池的优势。

结项摘要

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池以其优异的光电性能和加工特性引起了国际上的光泛关注,并在近几年效率取得突飞猛进的发展。但材料的高毒性和器件的稳定性问题仍亟待解决。在本项目的研究中,为了降低钙钛矿材料的毒性,我们通过有机小分子添加剂,成功地调控了锡/铅基钙钛矿薄膜的形貌和钙钛矿晶体的生长,并制备出竖直生长的二维及三维杂化钙钛矿结构,实现高稳定窄带隙钙钛矿太阳电池;为了提高器件的稳定性,我们研究热稳定性更好的全无机钙钛矿太阳电池,通过双界面调控来减小全无机CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的能量损失,引入与钙钛矿能级更匹配的SnO2/ZnO双电子传输层,能够有效抑制界面缺陷复合,全无机CsPbI2Br钙钛矿太阳电池的开路电压达到1.23V;通过氨基官能化聚合物(PN4N)作为阴极界面层以及非掺杂的空穴传输聚合物(PDCBT)替代Spiro-OMeTAD作为阳极空穴传输层,实现双界面协同钝化表面缺陷并抑制CsPbI2Br薄膜的光诱导卤化物分离。最终成功制备了高效率、高光照稳定性的CsPbI2Br无机混合卤化物钙钛矿电池。发展新型界面材料,对钙钛矿太阳电池的阴阳极界面进行修饰,通过器件制作、器件界面工程的全面优化和理论计算指导,在高效钙钛矿太阳电池领域有重大突破。而项目中分别发展了高效稳定的宽带及窄带钙钛矿太阳电池,为构建高效钙钛矿/钙钛矿叠层电池奠定了重要基础。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Near-Infrared Electron Acceptors with Fluorinated Regioisomeric Backbone for Highly Efficient Polymer Solar Cells
用于高效聚合物太阳能电池的具有氟化区域异构主链的近红外电子受体
  • DOI:
    10.1002/adma.201803769
  • 发表时间:
    2018-12-27
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Chen, Fang-Xiao;Xu, Jing-Qi;Li, Chang-Zhi
  • 通讯作者:
    Li, Chang-Zhi
Optical Analysis for Semitransparent Organic Solar Cells
半透明有机太阳能电池的光学分析
  • DOI:
    10.1002/solr.201800270
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Solar RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Xia Ruoxi;Gu Honggang;Liu Shiyuan;Zhang Kai;Yip Hin-Lap(叶轩立);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
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
Recent Advances in Semi-Transparent Polymer and Perovskite Solar Cells for Power Generating Window Applications
用于发电窗应用的半透明聚合物和钙钛矿太阳能电池的最新进展
  • DOI:
    10.1039/c8ee00154e
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Energy & Environmental Science
  • 影响因子:
    32.5
  • 作者:
    Xue Qifan;Xia Ruoxi;Brabec Christoph J.;Yip Hin-Lap(叶轩立)
  • 通讯作者:
    Yip Hin-Lap(叶轩立)

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其他文献

有机太阳电池关键材料研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
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  • 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
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
高效有机-无机杂化光伏材料与器件的基础研究
  • 批准号:
    51323003
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    300.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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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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