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具有高效等离子体效应的Au@Ag纳米棒的可控制备及其光伏增强效应研究

批准号:
61604058
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
傅年庆
依托单位:
学科分类:
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:
张果戈、唐鹏、徐小兵、杨淑青、杨璐

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
提高太阳能电池光电转化效率是高效利用太阳能的必然要求,利用Au、Ag的等离子体效应(LSP)是提高太阳能电池光电转化效率的有效方法。然而,高效光吸收增强型钙钛矿太阳能电池(PSCs)的开发一直受传统结构等离子体光学特性的限制。本项目拟开发强吸收、LSP响应波长可调的Au@Ag核壳结构纳米棒,解决传统结构等离子体材料吸光特性与钙钛矿吸收光谱不匹配的难题,实现PSCs对入射光的强化利用,大幅度提高PSCs的效率。通过结构表征与理论模拟,揭示Au@Ag制备条件-结构-性能间的作用规律和相关理论,实现具有设定光学特性的Au@Ag的可控制备;通过电极结构设计和理论计算,深入揭示等离子体粒子在PSCs中的作用机制和机理,提出利用等离子体光调控法构建高性能PSCs的技术原理。本项目的实施将为高效等离子体纳米材料的构效关系研究及其光伏增强效应奠定一定的理论基础,对其它光响应器件的开发具有参考价值。
英文摘要
It is of great importance to promote the power conversion efficiency of a solar cell for converting solar energy into electricity more efficiently. Due to the localized surface plasmons (LSP) resonance, the Au and Ag nanoparticles demonstrate themselves as one of the most important approaches to promote the light harvesting efficiency (LHE) and improve the efficiency of the solar cells. However, constructing of plasma incorporated and LHE enhanced perovskite solar cells (PSCs) is still a big challenge, owing to the limitation of the optical nature of the conventional plasmonic particles with simple spherical structure. In this project, novel plasmonic Au@Ag core-shell nanorods with wideband, strong and adjustable absorbance are proposed to enhance the sunlight, especially the part with low energy, harvesting efficiency and improve the PSCs efficiency remarkably. Efforts will be devoted to carefully studying the fabrication conditions, the microstructures, the optic properties and the simulated LSP effects of the obtained Au@Ag materials. Thus, the interaction law and the some theoretical principles regarding to the relationship between the fabrication, structure and properties will be established and employed, in return, to direct the fabrication of Au@Ag core-shell nanorods with desired performance. Meanwhile, various architectures of Au@Ag incorporated devices will be investigated both experimentally and theoretically to study how the Au@Ag affects the light-absorption behavior of the perovskite photoanode and power conversion efficiency of the PSCs devices. The working principle and mechanism of the plasmonic materials in the PSCs devices will thus be clarified and a technical route for constructing plasma enhanced PSCs will also be concluded. The achievement of the proposed project is of significance to provide new ideas and guidance of synthesizing excellent plasma materials and their enhancement effects in photovoltaic.
提高太阳能电池光电转化效率是太阳能光伏高效利用的前提,而强化对入射光的利用是提高太阳能电池效率的关键。利用Au、Ag的等离子体效应(LSP)是提高太阳能电池光电转化效率的有效方法。然而,高效光吸收增强型钙钛矿太阳能电池(PSCs)的开发受传统结构等离子体的光学特性的限制。本项目围绕等离子体材料的设计、制备、光学性能调控及其在增强太阳能电池光伏效率中的应用展开。项目的开展成功合成并揭示了Au@Ag等离子体离子的微观结构(Au纳米棒核的长径比、Ag层厚度、Au@Ag的长径比)与其光学性能的构效关系,实现了等离子体材料的消光峰在可见-近红外区间的连续可调;阐明了等离子体粒子消光光谱与太阳能电池本身吸收光谱互补匹配的基本原则,提出了通过电池结构设计来充分利用等离子体材料的LSPR 近场及远场效应实现太阳能电池光谱调控的策略。通过实验结果结合理论计算,明确了等离子体增强光伏的相关机制。所制备的等离子体增强超薄吸光层钙钛矿太阳能电池和染料敏化太阳能电池分别获得了18.3%和10.58%的光电转化效率。所设计的太阳能电池应用前景在于:(1)制备高效率半透明钙钛矿/染料敏化太阳能电池,进而与硅太阳能电池等其它光伏技术叠层,进一步提高太阳能的利用率;(2)在确保太阳能电池高效率的前提下,等离子体材料光伏增强效果可大幅度降低含铅钙钛矿光吸收层厚度,实现“物理降铅”,推动钙钛矿光伏技术的实用化进程。项目的完成推动高性能Au、Au@Ag等离子体粒子合成技术及等离子体增强光伏技术的进步,为实现高效吸收全色入射光的太阳能电池的设计和制备提供新思路和科学依据,为其它光化学、光电化学技术研究提供了参考依据,具备较好的创新性和较为重要的科学意义。
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
Hybrid n-type Sn1-xTaxO2 nanowalls bonded with graphene-like layers as high performance electrocatalysts for flexible energy conversion devices
与类石墨烯层结合的混合 n 型 Sn1-xTaxO2 纳米墙作为柔性能量转换装置的高性能电催化剂
DOI: 10.1039/c7ta00893g
发表时间: 2017
期刊: Journal of Materials Chemistry A
影响因子: 11.9
作者: [Duan Y, ong, Fu Nianqing, Li Sibai, Yang Xiaoyang, Zheng Jiaxin, Lin Yuan, Pan Feng]
通讯作者: Pan Feng
Au/TiO2 nanotube array based multi-hierarchical architecture for highly efficient dye-sensitized solar cells
基于 Au/TiO2 纳米管阵列的多层次结构,用于高效染料敏化太阳能电池
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.227076
发表时间: 2019
期刊: Journal of Power Sources
影响因子: 9.2
作者: [Fu Nianqing, Jiang Xiongzhuo, Chen Dongchu, Duan Y, ong, Zhang Guoge, Chang Menglei, Fang Yanyan, Lin Yuan]
通讯作者: Lin Yuan
Ionic Liquid Modified SnO2 Nanocrystals as the Robust Electron Transporting Layer for Efficient Planar Perovskite Solar Cells
离子液体改性 SnO2 纳米晶体作为高效平面钙钛矿太阳能电池的稳健电子传输层
DOI: --
发表时间: 2018
期刊: Journal of Materials Chemistry A
影响因子: 11.9
作者: [Chun Huang, Peng Lin, Nianqing Fu, Kaiwen Sun, Mao Ye, Chang Liu, Xianyong Zhou, Longlong Shu, Xiaojing Hao, Baomin Xu, Xierong Zeng, Yu Wang, Shanming Ke]
通讯作者: Shanming Ke
Broadband Plasmonic Enhancement of High-Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells by Incorporating Au@Ag@SiO2 Core-Shell Nanocuboids
通过结合 Au@Ag@SiO2 核壳纳米立方体增强高效染料敏化太阳能电池的宽带等离子体增强
DOI: 10.1021/acsami.9b16245
发表时间: 2020-01-08
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Bao, Zhiyong, Fu, Nianqing, Dai, Jiyan]
通讯作者: Dai, Jiyan
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    纳米团簇自组装超薄保形电子传输层构筑高效柔性钙钛矿太阳能电池
    • 批准号:
      62374059
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      48万元
    • 批准年份:
      2023
    • 负责人:
      傅年庆
    • 依托单位:
    氧化物半导体-卤化物钙钛矿1D阵列的构建与光伏应用研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      10.0万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      傅年庆
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金