课题基金 / 基金详情

卤化锡钙钛矿半导体的体相与表面缺陷的表征与调控

批准号:
22075182
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
米启兮
依托单位:
学科分类:
能源材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
米启兮

项目摘要

结项摘要

米启兮的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
卤化物钙钛矿材料具有优异的半导体和光电转化性能,在太阳电池、光探测器和电致发光方面有广泛的应用潜力,但其发展前景仍然受制于其铅元素成分。卤化锡钙钛矿材料的多数半导体性质与卤化铅钙钛矿的类似,是活跃的新研究方向,不过面临的一个关键问题是材料中容易产生对器件性能不利的缺陷。本项目将首先使用电学和光谱方法表征CsSnX3材料缺陷的类型、密度和能级,结合理论建模计算确定材料缺陷的具体存在形式(例如体相的锡空位和表面的铯空位)。接下来,针对CsSnX3材料缺陷的特点,采用异价离子掺杂来中和或强化体相缺陷,沉积有机铵盐或稳定的金属卤化物来钝化表面缺陷。本项目将发展与CsSnX3材料缺陷有关的表征方法、理论模型和调控手段,经过不断循环改进得到体相和表面缺陷被抑制的CsSnX3材料,并考察其光电转化性能的提升效果;得到缺陷被增强的CsSnX3材料,并考察其导电性和热电转化性能的提升效果。
英文摘要
Halide perovskite materials are known for excellent semiconducting and optoelectronic properties, and have wide application potentials in solar cells, photodetectors, and electroluminescence, but their development prospects are still limited by their composition of the lead element. As an active new research area, tin halide perovskite materials have semiconducting properties similar with those of lead halide perovskites, but a key problem remains that the materials are prone to defects detrimental to device performance. This project will first use electrical and spectroscopic tools to characterize the type, density, and energy level of defects in CsSnX3, along with theoretical modeling to determine the specific form of the defect states, such as Sn vacancies in the bulk and Cs vacancies on the surfaces. Next, according to the characteristics of defects in CsSnX3, heterovalent ionic doping will be used to neutralize or enhance defects in the bulk, and organic ammonium salts or stable metal halides will be deposited to passivate surface defects. This project will develop characterization methods, theoretical models, and regulation methods for the defects in CsSnX3. Through repeated improvements, CsSnX3 materials with suppressed bulk and surface defects will be developed, and the beneficial effects on their photovoltaic performance will be investigated; CsSnX3 materials with enhanced defects will also be developed, and the beneficial effects of their conductivity and thermoelectric performance will be evaluated.
卤化物钙钛矿材料具有优异的半导体和光电转化性能,在太阳电池、光探测器和电致发光方面有广泛的应用潜力,但其发展前景仍然受制于其铅元素成分。在已知的各种非铅钙钛矿材料中,锡钙钛矿因类似的光电性质、稳定的晶体结构和环境友好特性而逐渐受到重视,某些半导体性质还优于铅钙钛矿,不过面临的一个关键问题是容易产生对器件性能不利的缺陷。本项目首先制备了CsSnX3晶体和FASnI3薄膜的材料样品,然后使用电学和光谱方法表征了其中的缺陷类型、密度和能级,结合理论建模确定锡钙钛矿自发产生的体相缺陷主要为锡空位,表面缺陷主要为卤素空位。针对上述缺陷特征,采用异价离子掺杂来补偿体相缺陷,在成膜前驱液中添加有机铵盐或路易斯碱配体来钝化表面缺陷。尤其是发现了硫脲衍生物这一类配体分子与锡钙钛矿能良好匹配,制成了高质量、低缺陷的薄膜样品,并利用单晶表面作为模型体系研究了配体分子对锡钙钛矿的结晶动力学调控和表面保护机理。在此基础上制成的锡钙钛矿太阳电池的某些指标已经接近主流的含铅太阳能电池器件,稳定性也大幅提高。有关锡钙钛矿材料的主要表征数据为:p型缺陷浓度在10^11到10^20/cm3可调,载流子迁移率最高达120 cm^2/V·s,载流子寿命可达0.58 μs。经专业机构认证,电池器件开路电压0.994 V,短路电流密度21.4 mA/cm^2,能量转换效率15.9%。载流子寿命和能量转换效率两项关键参数均刷新了世界纪录。本项目实施过程中已正式发表5篇第一或第二标注论文,其中有2篇获评高被引论文;申请了1项中国发明专利;培养了出站博士后、毕业博士、毕业硕士各1人;受邀作10余次国内学术报告和2次国际学术交流;研究结果被多个网站和公众号报道,被咨询机构收录为本领域最好结果。部分项目成果已经孵化为初创公司并在本领域头部企业和高校实验室得到了实际应用。本项目将有助于在钙钛矿光伏领域打通新的赛道,落实钙钛矿在消费电子、建筑/室内光伏、医疗与可穿戴器件等细分领域应用,实现全生命周期的绿色清洁能源。
d0金属氧化物半导体的带隙与晶体拓扑结构之间的普遍关系
  • 批准号:
    21403141
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    米启兮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金