课题基金 / 基金详情

高效稳定锡基钙钛矿太阳能电池

批准号:
61935016
项目类别:
重点项目
资助金额:
312.0 万元
负责人:
吴朝新
依托单位:
学科分类:
光子与光电子器件
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴朝新

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
有机-无机铅卤钙钛矿太阳能电池光电转化效率9年之内从3%左右增长到23.7%(2018年认证效率),成为国际研究的焦点。然而,重金属铅的使用限制了其产业化应用。如何开发环境友好非铅钙钛矿光伏器件成为国内外能源领域新的机遇与挑战。从结构上讲,Sn具有惰性ns2外层电子结构,因而Sn基钙钛矿是替代Pb基钙钛矿的首选。然而,Sn基钙钛矿中Sn空位缺陷以及Sn2+的易氧化特性严重影响了Sn基钙钛矿的稳定性,也成为其进一步提高效率的瓶颈。.本项目以实现高质量低缺陷Sn基钙钛矿多晶薄膜为核心,首先,从理论上揭示Sn钙钛矿缺陷形成与其调控的理论机制;其次,从高纯亚锡原料入手,发展高纯亚锡原料的提纯新方法,以及发展新型稳定锡基钙钛矿新结构,从源头和根本上降低和抑制其缺陷态形成;最后,通过引入新型准二维锡基钙钛矿以及界面能级匹配工程钝化表面缺陷以及光伏器件开压损耗。最终实现高效稳定非铅钙钛矿电池。
英文摘要
The power conversion efficiency (PCE) of the solar cells based on organic-inorganic lead (Pb) halide perovskite material (perovskite solar cells, PSCs) has dramatically increased from 3% up to 23.7% (certificated in 2018) within 9 years. However, the use of the heavy metal, Pb, limited the commercial application of PSCs. Therefore, it becomes the opportunity as well as challenge for the researchers all over the world to develop eco-friendly Pb-free perovskite photovoltaic devices. From the viewpoint of crystal structure, tin (Sn) based perovskite material possesses two inert electrons at ns2 orbital that is similar to Pb, which makes Sn-based perovskite the priority of Pb substitution. However, the presence of Sn vacancy defect and the easy oxidation of Sn2+ have a strong impact on the stability of Sn perovskite, which is the main bottleneck for further PCEs improvement. .In this project, we aim at the Sn-based perovskite polycrystalline films with low defect density and high quality. Firstly, the formation of defects in Sn-based perovskite and their regulation mechanism will be investigated theoretically. Then, from the viewpoint of raw materials, we will develop advanced purification methods for high purity Sn2+ as well as novel Sn-based perovskite structure with superior stability, which will fundamentally reduce and inhibit the formation of defect. And then, the quasi-two-dimensional Sn-based perovskite and interfacial engineering for energy level matching will be introduced to passivate surface defects and suppress the open voltage losses of photovoltaic devices. Finally, efficient and stable Pb-free PSCs could be realized.
1..项目背景:铅卤钙钛矿太阳能电池的铅毒性限制了其应用,非铅锡基钙钛矿太阳能电池具有环保特性,但其稳定性和效率提升面临挑战。关键问题在于Sn空位缺陷和Sn2+的易氧化特性,解决这些问题是实现高效稳定非铅钙钛矿太阳能电池的核心。.2..主要研究内容:建立Sn基非铅钙钛矿结构调控的理论模型,探究光电特性影响,并通过实验验证和稳定性调控。探索非铅钙钛矿薄膜加工工艺,优化晶粒尺寸和结晶性,研究光电特性。调控钙钛矿与基底相互作用,研究成膜动力学。开发共轭有机分子和传输层材料,研究其对成膜动力学的影响,解决能级失配和界面损耗问题,最终完善器件制备工艺和结构优化。.3..重要结果:1)采用LUMO能级较浅的富勒烯衍生物作为电子传输层,实现Sn基钙钛矿太阳能电池开路电压提升,器件效率达12.4%。2)通过吸电子配体晶界应力调控,实现高效稳定锡基钙钛矿太阳能电池,同时控制结晶和抑制Sn2+氧化。3)利用苯肼分子调控锡基钙钛矿薄膜成膜和抑制氧化,器件效率11.4%。4)制备二维、三维混合结构低维无机锡钙钛矿薄膜,具有良好的取向性、大晶粒和低缺陷密度,稳定性高。5)协同调节卤素离子比例和苯肼提升薄膜稳定性,器件效率提高至13.4%(认证效率12.4%)。6)提出双功能“还原性络合物”媒介缺陷调控策略,提高锡基钙钛矿太阳能电池稳定性与效率。7)发展新型前驱体制备方法,提高锡钙钛矿太阳能电池效率至14.6%。8)优化锡基钙钛矿薄膜厚度,实现高效光子收集和电学传输,揭示光学微腔效应对性能的影响。9)使用FAAc和NH4I生长锡基钙钛矿薄膜,提升取向性和载流子寿命,效率达到14.6%。10)利用双氟化物还原分子NH5F2,制成效率为15.04%的锡基钙钛矿太阳能电池,为最高效率之一。.4..关键数据:锡基钙钛矿太阳能电池的PCE达到15.04%;封装寿命达4800小时;已发表论文32篇,申请专利11项。.5..科学意义:本项目的重要成果将推动无铅环保光伏材料的研究与应用,提升太阳能电池的光电转换效率,促进钙钛矿半导体在光电领域的快速发展。
基于Wannier与Frenkel激子间能量传递的白光钙钛矿量子点及其发光二极管
  • 批准号:
    12374381
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    吴朝新
  • 依托单位:
中芬“钙钛矿太阳能电池的人工智能设计与制造(AI-PSC)”研讨会
  • 批准号:
    62281330043
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    6.6万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    吴朝新
  • 依托单位:
中芬“钙钛矿太阳能电池的人工智能设计与制造(AI-PSC)”研讨会
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    --
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    吴朝新
  • 依托单位:
具有双极传输特性的钙钛矿量子点及其高效率发光二极管
  • 批准号:
    61875161
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    吴朝新
  • 依托单位:
国内基金
海外基金