新型多元太阳能电池材料中基本物理问题的计算研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11434004
  • 项目类别：
    重点项目
  • 资助金额：
    380.0万
  • 负责人：
    龚新高
  • 依托单位：
    复旦大学
  • 学科分类：
    A20.凝聚态物理
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2014
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2015-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Significant breakthrough has been made in the research about new solar cells based on the Cu2ZnSn(S,Se)4 and CH3NH3Pb(I,Cl)3 multinary semiconductors, showing that these multinary semiconductors may become very promising absorber-layer materials in next-generation solar cells. Compared to simple elemental and binary semiconductors, multinary compound semiconductors have much more flexible material properties, which are also more complicated and sometimes even abnormal. Fundamental physical problems arise in how these complicated (even abnormal) properties influence the photovotalic performance. To improve the solar cell performance, we will consider the increased chemical and structural freedom of multinary semiconductors, and develop more accurate methods for calculating the properties of multinary compounds as well as the generation, separation and recombination rates and transport properties of the electron-hole carriers based on the first-principles methods. Using the new methods, we will study the intrinsic defects, surfaces and interfaces in the multinary semiconductors and their alloys, as well as their influence on the generation, separation and recombination of the electron-hole carriers. Meanwhile, the phase stability of multinary compounds relative to their competitive compounds and the structural transformation between different phases will be studied too. Based on these results, we will reveal the fundamental and general mechanisms that determine the photovoltaic performance of multinary semiconductors, and find out new methods for optimizing the solar cell performance and stability.
以Cu2ZnSn(S,Se)4、CH3NH3Pb(I,Cl)3为代表的新型多元半导体太阳能电池的研究在近几年取得了突破性的进展，是下一代太阳能电池的希望。与传统一元二元半导体相比，多元半导体基本物理、化学性质更加丰富，但也更加复杂，甚至可以表现出很多与传统简单半导体所不一样的反常特征，同时出现了一系列新的物理问题，影响着器件的性能。为了进一步改善电池性能，本项目拟从多元半导体成分和结构自由度增多这一基本特征出发，在第一性原理的框架内，发展更加精确计算多元半导体性质，特别是其中载流子产生、分离、复合几率和输运性质的方法，研究多元半导体及其合金中的复杂缺陷、表面、界面及其对载流子性质的影响，并研究多元体系相稳定性的规律，探索提高稳定性和光电转换效率的新途径。

结项摘要

该项目对多元太阳能电池材料中基本物理问题开展了系统研究。主要研究了电池中界面结构和电子结构，特别是能带带阶，吸收材料中的非本征缺陷性质，例如晶界产生的缺陷态及其消除方法，缺陷态引起的无辐射跃迁几率计算，以及一些新型太阳能吸收的性质等。在如下几个方面研究取得了重要进展：.1.提出了三步法和中间相方法，从而完全解决了异质半导体界面带阶(band-offset)的计算问题。.2.计算发现不同半导体体系晶界缺陷态特征，提出了晶界缺陷态的自饱和规则，为理解和消除太阳能电池中晶界缺陷态提供了基础。.3.提出了通过优化吸收材料与过渡层界面、吸收材料与背电极界面从而提高器件效率的方案，其中优化吸收材料与过渡层界面的方案得到实验证实和采纳。.4.实现了基于第一原理的计算非辐射复合的快速计算方法和软件，证实了四元半导体太阳能吸收材料和钙钛矿太阳能吸收材料中的最主要的非辐射缺陷。.5.计算发现，有机无机钙钛矿材料（MAPbI3）是热力学本证不稳定的，被后续的实验和理论证实。.项目组共发表SCI收录论文31篇、材料模拟计算handbook一章、一个软件著作权。为多元太阳能电池等发展起到了推动作用。

项目成果

期刊论文数量（31）
专著数量（1）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Interfacial engineering to improve Cu2ZnSnX4 (X = S, Se) solar cell efficiency
提高 Cu2ZnSnX4 (X = S, Se) 太阳能电池效率的界面工程
  • DOI：
    10.1063/1.5116623
  • 发表时间：
    2019-09
  • 期刊：
    APL MATERIALS
  • 影响因子：
    6.1
  • 作者：
    Gu HJ;Yang JH;Chen SY;Xiang HJ;Gong XG
  • 通讯作者：
    Gong XG
Effective and Noneffective Recombination Center Defects in Cu2ZnSnS4: Significant Difference in Carrier Capture Cross Sections
Cu2ZnSnS4 中有效和无效复合中心缺陷：载流子捕获截面的显着差异
  • DOI：
    10.1021/acs.chemmater.8b03933
  • 发表时间：
    2019-02-12
  • 期刊：
    CHEMISTRY OF MATERIALS
  • 影响因子：
    8.6
  • 作者：
    Li, Jiqiang;Yuan, Zhen-Kun;Wei, Su-Huai
  • 通讯作者：
    Wei, Su-Huai
First-principles study of the magnetic interactions in honeycomb Na2IrO3
蜂窝状 Na2IrO3 中磁相互作用的第一性原理研究
  • DOI：
    10.1103/physrevb.98.094401
  • 发表时间：
    2018-09-04
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Hou, Y. S.;Yang, J. H.;Gong, X. G.
  • 通讯作者：
    Gong, X. G.
Large carrier-capture rate of Pb-I antisite in CH3NH3PbI3 induced by heavy atoms and soft phonon modes
重原子和软声子模式诱导 CH3NH3PbI3 中 Pb-I 反位的大载流子捕获率
  • DOI：
    10.1103/physrevb.96.104103
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Physical Review B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Li Jiqiang;Zhu Hai-Feng;Zhang Yue-Yu;Yuan Zhen-Kun;Chen Shiyou;Gong Xin-Gao
  • 通讯作者：
    Gong Xin-Gao
Inverse design of materials by multi-objective differential evolution
多目标微分演化材料逆向设计
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Zhang YY;Gao WG;Chen SY;Xiang HJ;Gong XG
  • 通讯作者：
    Gong XG

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其他文献

Effect of disordering on the thermal conductivity of low dimentional system.
无序度对低维系统热导率的影响。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    submitted
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    龚新高
  • 通讯作者：
    龚新高
Thermal conductivity of sawtooth-like graphene nanoribbons: A molecular dynamics study
锯齿状石墨烯纳米带的导热性：分子动力学研究
  • DOI：
    10.1063/1.4768445
  • 发表时间：
    2012-12
  • 期刊：
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    龚新高
  • 通讯作者：
    龚新高
Two-Dimensional SiS Layers with Promising Electronic and 2 Optoelectronic Properties: Theoretical Prediction
具有良好电子和光电特性的二维 SiS 层：理论预测
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Nano Letters
  • 影响因子：
    10.8
  • 作者：
    龚新高
  • 通讯作者：
    龚新高
Substrate effects on the thermal conductivity of epitaxial nanoribbons
衬底对外延纳米带热导率的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    PHYSICAL REVIEW B
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    龚新高
  • 通讯作者：
    龚新高

其他文献

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龚新高的其他基金

低维纳米体系热传导的模拟和计算研究
  • 批准号：
    11174053
  • 批准年份：
    2011
  • 资助金额：
    65.0 万元
  • 项目类别：
    面上项目
太阳能材料的计算与设计
  • 批准号：
    10934002
  • 批准年份：
    2009
  • 资助金额：
    200.0 万元
  • 项目类别：
    重点项目
计算凝聚态物理新方法研究和探索
  • 批准号：
    10434040
  • 批准年份：
    2004
  • 资助金额：
    150.0 万元
  • 项目类别：
    重点项目
材料设计中的一些基础物理问题的理论研究
  • 批准号：
    90103038
  • 批准年份：
    2001
  • 资助金额：
    70.0 万元
  • 项目类别：
    重大研究计划

相似国自然基金

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  • 批准号：
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相似海外基金

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AI项目解读示例

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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