BRIGE: Nanoparticle-Based Photovoltaic Cells from Earth-Abundant Materials

BRIGE:来自地球丰富材料的基于纳米颗粒的光伏电池

基本信息

  • 批准号:
    1125660
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 17.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-08-15 至 2014-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Broadening Participation Research Initiation Grant in Engineering (BRIGE) provides funding for the development of a novel approach to the fabrication of copper-zinc-tin-sulfide alloy (CZTS) photovoltaic cells. The project will investigate critical aspects of the fabrication of solar cells, starting from the selection of viable precursors and ending with device characterization. For the first time, CZTS nanoparticles will be synthesized using a gas-phase, continuous flow non-thermal plasma reactor starting from solutions of metal salts. This process generates a highly reactive environment which is expected to enable high-rate production of high-quality nanoparticles. Particle morphology and composition will be carefully characterized with the goal of tight control of particle stoichiometry which is expected to have a crucial influence on the performance of the photovoltaic device. The particles will be functionalized using in-flight plasma-initiated surface chemistry and the resulting ink is expected to be compatible with roll-to-roll coating techniques. A densified semiconducting layer will be realized by annealing using various techniques. The prototype solar cell will be tested with the goal of improving the power conversion efficiency (currently 10%) as compared to devices based on the same material system. And the feasibility of the plasma-based fabrication approach for the production of efficient CZTS solar cells will be assessed.If successful, the application of a scalable process for the CZTS system would provide a new, commercially viable approach to renewable energy production. This material system is attractive because it is based on cheap, earth-abundant, non-toxic elements. This project will also advance the field of plasma processing of materials by investigating the gas-phase chemistry and the dynamic of particle formation for a material system that has not been widely investigated.
这项扩大工程参与研究启动补助金 (BRIGE) 为开发一种新的铜锌锡硫化合金 (CZTS) 光伏电池制造方法提供了资金。该项目将研究太阳能电池制造的关键方面,从选择可行的前体开始,到器件表征结束。 CZTS 纳米颗粒将首次使用气相、连续流非热等离子体反应器从金属盐溶液开始合成。该过程产生高反应性环境,有望实现高质量纳米颗粒的高速率生产。将仔细表征颗粒形态和成分,以严格控制颗粒化学计量,预计这将对光伏器件的性能产生至关重要的影响。这些颗粒将使用飞行中等离子体引发的表面化学进行功能化,所得墨水预计将与卷对卷涂层技术兼容。致密半导体层将通过使用各种技术进行退火来实现。原型太阳能电池将进行测试,目标是与基于相同材料系统的设备相比,提高电力转换效率(目前为 10%)。还将评估基于等离子体的制造方法生产高效 CZTS 太阳能电池的可行性。如果成功,CZTS 系统可扩展工艺的应用将为可再生能源生产提供一种新的、商业上可行的方法。这种材料系统很有吸引力,因为它基于廉价、地球丰富、无毒的元素。该项目还将通过研究尚未广泛研究的材料系统的气相化学和颗粒形成动力学,推动材料的等离子体处理领域的发展。

项目成果

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Gas-phase grafting for the multifunctional surface modification of silicon quantum dots
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Timothy T. Koh;Tingting Huang;Joseph Schwan;Pan Xia;Sean T. Roberts;Lorenzo Mangolini;Ming L. Tang
  • 通讯作者:
    Ming L. Tang

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  • 资助金额:
    $ 17.5万
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    Standard Grant
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  • 资助金额:
    $ 17.5万
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    1351386
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    $ 17.5万
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  • 资助金额:
    $ 17.5万
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    10735979
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  • 资助金额:
    $ 17.5万
  • 项目类别:
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