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镁掺杂对铜锌锡硒薄膜太阳能电池性能的影响

批准号:
61804085
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
杨艳春
依托单位:
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
塔娜、万欣欣、陈瑞兰、闫静、赵宣

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
本项目拟通过Mg2+离子部分取代Zn2+离子来抑制铜锌锡硒(Cu2ZnSnSe4,简称CZTSe)材料中有害缺陷的产生,改善该材料的光电性能;通过引入Mg2+离子构造具有能带梯度的CZTSe吸光层,提高CZTSe电池的性能。在石英衬底上,我们初步研究了Mg2+掺杂对Cu2ZnSnSe4晶体晶胞参数、薄膜形貌以及薄膜载流子浓度的影响。下一步我们将系统地研究Mg2+掺杂对CZTSe薄膜太阳能电池性能的影响。本项目的创新之处:(1) 利用低毒、环保、地壳元素含量丰富的Mg2+部分取代Zn2+,有利于抑制CZTSe材料中CuZn不良缺陷的产生,改善材料的光电性能;(2) 通过Mg2+掺杂制备有能带梯度的CZTSe薄膜,构建出具有最佳“V”型能带结构的CZTSe吸收层,实现电池的光电转换效率超过11%。
英文摘要
This project proposes that Zn2+ ions are substituted partially by Mg2+ ions to restrain the unfavorable defects in the Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) compound, optimizing its optoelectronic properties. Mg-doping is useful to fabricate V-type band gradient of CZTSe absorber layer, which would improve the performance of CZTSe solar cells further. Based on the quartz substrate, we have preliminarily studied the effects of Mg-doping on the lattice parameters of CZTSe crystal grains, the morphology of CZTSe thin films, and its effective hole-carrier concentration. Next, the effects of Mg-doing on the performance of the CZTSe devices will be studied systematically. The novelties of this project are as follows:(1) Due to its advantages of non-toxic, environmental-friendly, and earth- abundant element, Mg2+ ions can partially replace Zn2+ ions, helpful for restraining the unfavorable defects of CuZn in the CZTSe compound, optimizing its optoelectronic properties; (2) CZTSe thin films possessed various band gradients can be prepared via Mg-doping, and CZTSe absorber layer with the optimal V-type band gradient can be constructed, obtaining the photoelectric conversion efficiency over 11% of the devices.
铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(S,Se)4,简称 CZTSSe)薄膜太阳能电池因其独特的优势被认为是更适合于未来大规模的工业化生产的一类电池。在本项目,我们通过Mg2+离子部分取代Zn2+离子来抑制CZTSSe材料中有害缺陷的产生,改善该材料的光电性能,优化相应电池器件性能,并取得的一系列成果:(1)优化硫醇溶液体系,在大气环境下制备铜锌锡硫硒薄膜,发现阳离子(Mn2+、Co2+)的微量加入能促进晶体晶粒的生长,也能提高薄膜的载流子浓度;(2)Mg2+离子的加入能改变铜锌锡硫硒材料的晶胞结构和禁带宽度,也能提高其薄膜的电学性能,并将电池器件的最高效率从6.64%(x=0)提高到7.76%(x=0.0357)。(3)Ca2+离子不能与铜锌锡硫硒材料形成合金相,但也能提高其薄膜的电学性能。同时,我们也研究采用短链配体制备CH3NH3PbBr3钙钛矿量子点以及利用短链配体优化CH3NH3PbBr3钙钛矿薄膜性质等工作。本项目执行期间共发表高质量的学术论文10篇,培养硕士毕业生3名。
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
Effects of different alkyl chain-length CnH2n+1NH3Br additions on the properties of CH3NH3PbBr3 perovskite thin films
不同烷基链长CnH2n 1NH3Br添加量对CH3NH3PbBr3钙钛矿薄膜性能的影响
DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110127
发表时间: 2020-09
期刊: Optical Materials
影响因子: 3.9
作者: [Yanchun Yang, Daocheng Pan]
通讯作者: Daocheng Pan
Short-chain ligand assisted synthesis of CH3NH3PbX3 (X = Cl, Br, I) perovskite quantum dots and improved morphology of CH3NH3PbBr3 thin films
短链配体辅助合成CH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)钙钛矿量子点并改善CH3NH3PbBr3薄膜形貌
DOI: 10.1016/j.jlumin.2019.03.018
发表时间: 2019-07-01
期刊: JOURNAL OF LUMINESCENCE
影响因子: 3.6
作者: [Yang, Yanchun, Wei, Song, Pan, Daocheng]
通讯作者: Pan, Daocheng
Atmospheric Modified Thiol-Based Solution Deposition for Cu2ZnSn(S,Se)4 Absorber Layer
Cu2ZnSn(S,Se)4 吸收层的常压改性硫醇溶液沉积
DOI: 10.1007/s11664-020-08375-5
发表时间: 2020-08
期刊: Journal of ELECTRONIC MATERIALS
影响因子: 2.1
作者: [Ruilan Chen, Guonan Cui, Yanchun Yang, Yuemin Li, H. Alata, Xiao Tian, O. Tegus]
通讯作者: O. Tegus
Influence of extra trace Mn-doping on the properties of Cu2ZnSn(S,Se)4 absorber layer
超微量Mn掺杂对Cu2ZnSn(S,Se)4吸收层性能的影响
DOI: 10.1016/j.optmat.2020.110707
发表时间: 2021
期刊: Optical Materials
影响因子: 3.9
作者: [Guonan Cui, Yanchun Yang, Ruilan Chen, Chengjun Zhu]
通讯作者: Chengjun Zhu
共 10 条
    采用胺-硫醇溶液体系制备高效率的铜钒硒薄膜太阳能电池
    • 批准号:
      62164010
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      35万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      杨艳春
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金