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水相构筑CdTe基耗散体相p-i-n结太阳能电池及光物理过程研究

批准号:
22109017
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
金淦
依托单位:
学科分类:
光能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
金淦

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
水溶液加工制备的CdTe基太阳能电池由于溶剂无毒及高的理论光电转化效率等特性,在光伏领域具有重要的应用前景。但较低的载流子迁移速率及有限的载流子寿命限制了CdTe厚度,严重制约了器件性能。基于p-n结原理的光伏器件中,p-i-n结及耗散体相异质结可以显著拓宽耗尽层宽度、提高载流子迁移速率、延长载流子寿命,因而,p-i-n结及耗散体相异质结的同步构筑有望协同增强光伏性能。本项目围绕水溶液加工制备的CdTe基太阳能电池中的两个限制因素:“载流子迁移速率低”、“载流子寿命短”,首次提出耗散体相p-i-n结太阳能电池的构筑,拟开展以下研究:(1)合成p型及n型载流子传输材料并进行基本表征;(2)构筑耗散体相p-i-n结太阳能电池并进行纳微结构及性能研究;(3)探索光物理过程,总结提升作用机理。从实验和理论上完善耗散体相p-i-n结模型,为制备高性能、溶剂无毒的太阳能电池提供科学依据。
英文摘要
Aqueous-processed CdTe based solar cells possess an important application prospect in the photovoltaic field due to their speciality of nontoxicity of solvent and high theoretical photoelectric conversion efficiency. However, the thickness of CdTe layer is suppressed by the low carrier mobility and lifetime, which seriously restrict their photovoltaic performance. In photovoltaic devices based on p-n junction principle, the p-i-n junction and depleted bulk heterojunction can significantly broaden the width of depletion region, improve the carrier mobility, prolong the carrier lifetime, therefore, the synchronous construction of p-i-n junction and depleted bulk heterojunction is expected to synergistically enhance the photovoltaic performance. Focusing on two limiting factors in aqueous-processed CdTe based solar cells: “low carrier mobility” and “short carrier lifetime”, this project proposes the construction of depleted bulk p-i-n junction solar cells for the first time, and plans to carry out the following studies: (1) synthesizing and characterizing the p-type and n-type carrier transport materials; (2) constructing the depleted bulk p-i-n junction solar cells and investigating their nano-microstructure and photovoltaic performance; (3) exploring the photophysical process and summarizing the mechanism of improvement. It is to improve the depleted bulk p-i-n junction model through experiment and theory to provide scientific basis for the preparation of high performance, solvent non-toxic solar cells.
本项目围绕水溶液加工制备的CdTe基太阳能电池中的两个限制因素:“载流子迁移速率低”、“载流子寿命短”,提出耗散体相p-i-n结太阳能电池的构筑,开展以下研究:(1)合成p型及n型载流子传输材料并进行基本表征;(2)构筑耗散体相p-i-n结太阳能电池并进行纳微结构及性能研究;(3)探索光物理过程,总结提升作用机理。根据研究计划,已合成制备了大量p型及n型载流子传输材料,包括p型载流子传输材料如NiOx、有机聚合物PPV、MPPV、PFPV、PBTV、PCPV等,n型载流子传输材料溶胶凝胶TiO2、水热法TiO2纳米晶、溶胶凝胶ZnO等,此外,查阅并购置了p型载流子传输材料如NiOx、MoO3、CuI、PEDOT等,n型载流子传输材料TiO2、ZnO、SnO2等,然而,申请人投入了大量时间精力,也没有做出更高性能的太阳能电池,究其原因,可能是地域所致,包括空气组成或者温湿度等因素,申请人目前最高仅能得到3%的光电转化效率,目前具体原因尚不明确。基于以上尝试,项目调整了研究计划,主要开展了能源电池方面的相关工作。在钙钛矿太阳能电池的研究方面,实现了空气存储、α相稳定的甲脒基钙钛矿单晶薄膜,在空气中存储2000小时,没有相变发生,电子扩散长度达到600微米(单晶硅的一半),制备的横向电池在没有充分优化的前提下,效率到达9%;同时,成功长出毫米尺寸的单晶钙钛矿晶片,钝化晶片的表面缺陷,获得了效率超过23%,T90超1000小时的单晶钙钛矿太阳能电池;在聚合物太阳能电池的研究方面,在加入DIO之后,获得了效率6.15%的半透明聚合物太阳能电池,而没有DIO的参考器件的PCE仅为5.23%,透射光的显色指数仅从82变化到81。
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