铜锌锡硫硒薄膜的主相/次生相调控与光电性能研究
批准号:
52072327
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
郑直
依托单位:
学科分类:
无机非金属能量转换与存储材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郑直
中文摘要
铜锌锡硫硒(CZTSSe)薄膜太阳能电池较高的开路电压损耗是限制器件性能提升的最大难题之一。本项目旨在从CZTSSe复杂体系相调控着眼,揭示主相/次生相的生长与相结构(组成、比例、空间分布等)及能带结构的关系;探索基于环境友好溶剂、“金属簇”前驱体及低温元素直接反应的CZTSSe相调控新方法,实现次生相的精准调控;采用瞬态表面光电压谱(TSPV)/激光拉曼谱(Raman)联用的实时原位检测技术,阐明相结构对CZTSSe薄膜光生载流子的分离、传输和复合行为的影响。最终通过吸收层薄膜相调控显著提高器件开路电压,实现光电转换效率的新突破,为开发下一代高性能CZTSSe薄膜太阳能电池材料与器件提供新途径。
英文摘要
The high open-circuit voltage (Voc) loss of copper-zinc-tin-sulfur-selenium (CZTSSe) thin-film solar cells is the biggest problem that limits the device performance. This project aims to reveal the relationship between the growth of the main phase/secondary phase, the phase structure (composition, proportion, spatial distribution, etc.) and band structure of the CZTSSe complex system. We will explore new routes based on the environmentally friendly solvents, “metal cluster” precursors, and direct elemental reaction at low temperature to achieve precise regulation of secondary phases. The real-time in-situ detection technique using transient surface photovoltage / confocal Raman spectroscopy will be used to clarify the effect of phase structure on the carrier separation, transport and recombination behavior of CZTSSe thin film. Through the phase regulation of absorbing layer thin film, the Voc of the device will be significantly improved, so that a breakthrough in photoelectric conversion efficiency could be realized, which provides a new way for developing the next generation high performance CZTSSe thin film solar cell devices.
课题组圆满完成了计划书拟定的研究内容并实现了研究目标,以Cu、Ag、Zn、Sn金属单质或其化合物为前驱体,通过溶液法不断优化成膜质量,揭示了CZTSSe复杂体系主相/次生相之间的生长及共存关系,控制次生相的生长,实现了薄膜组成、结构、比例及空间分布的调控;建立了吸收层薄膜物相结构及各次生相与器件开路电压、填充因子和短路流密度等电池性能的关系;开发出环境友好的下一代高性能铜基硫族化合物(CZTSSe)薄膜太阳能电池材料与器件,获得了见诸报道最高的器件开路电压记录(0.584 V),获得了14.92%的器件效率,整体研究和器件性能达到国际先进水平。本项目取得了以下重要结果:(1)通过氧化还原反应和优化预退火温度协同改善CZTSSe吸收层组分,阐明了大晶粒贯穿晶生长机理;(2)利用小分子硒调控CZTSSe吸收层主相/次生相显著提升了器件光伏性能;(3)利用N型Ag2S修饰CZTSSe电池,实现了此类薄膜太阳能电池最低的开路电压损耗(0.228 V),光电转换效率(PCE)为14.25%;(4)利用P2S5阴离子前驱体配位工程协同调控CZTSSe组分与钝化缺陷获得了14.36%的电池效率;(5)通过调节CZTSSe吸收层表面能带弯曲,获得了14.92%的器件效率;(6)采用一步固-气反应法制备带隙可调的CuaAgm1Bim2In/CuI太阳能电池,并获得了见诸报道最高的PCE(2.76%);(7)对CZTSSe薄膜缺陷与光生载流子动力学过程进行了评价,探讨了Ag2S等有益次生相的制备与作用机制。 .共发表相关高层次研究论文41篇(有基金号标注),其中中科院二区以上论文32篇,一区论文16篇,影响因子大于10的论文共16篇,包括《Adv. Mater.》、《Energy Environ. Sci.》、《Adv. Funct. Mater.》、《Adv. Sci.》、《Nano-Micro Lett.》、《J. Energy Chem.》、《Aggregate》等材料科学和化学类顶级期刊。新申请及授权国家发明专利共11项。主持人作为第一完成人获得2022年国家级教学成果奖二等奖和2024年河南省研究生高等教育教学成果特等奖各1项。共培养博士研究生3名,硕士研究生29名(包括已毕业15名),本科生9名。.
基于低温单质反应的新型铜银铋基多元卤化物光伏材料与器件
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:0万元
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批准年份:2024
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负责人:郑直
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依托单位:
基于元素直接反应的大面积钙钛矿本体异质结薄膜的原位构建、光电转换机理及器件稳定性研究
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批准号:21673200
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2016
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负责人:郑直
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依托单位:
基于室温制备的Ⅰ-Ⅵ族纳米晶的本体异质结薄膜太阳能电池界面微结构与光伏性能研究
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批准号:21273192
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2012
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负责人:郑直
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依托单位:
硫族化合物-共轭聚合物杂化网状薄膜材料的原位制备、改性及光电转换性能研究
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批准号:20873118
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项目类别:面上项目
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资助金额:34.0万元
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批准年份:2008
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负责人:郑直
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依托单位:
以低能氢离子束为引发剂制备表面功能性可控的交联聚合物薄膜的研究
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批准号:20574058
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2005
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负责人:郑直
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依托单位:
国内基金
海外基金