PbS量子点超晶格太阳能电池的微观调控及其载流子产生和传输机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51802028
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

With the advantages of high theoretical efficiency, quantum dot solar cells have become a hotspot of present research. However, the shortage of carrier diffusion length and invalid enhancement of multiple exciton generation are serious problems in the industry process of quantum dot solar cell. Superlattice structure can improve the arrangement of quantum dots in thin film, which is also benefit to the resonance coupling between quantum dots. It can be expected to reduce the distance of carrier transfer and the threshold energy of multiple exciton generation, which is the effect way to solve the problems. Here, different size, morphologies and surface ligands of quantum dots are employed to modulate the spatial structure, spatial distance, spatial dimension and spatial order of quantum dot superlattice optical absorption layer. The influences on the carrier transfer performance of quantum dot solar cell from the microstructure of superlattice will be investigated. And it will also explore the relationship between the resonance coupling enhancement of quantum dot superlattice and the efficiency of carrier generation and separation, which can realize the improvement of the carrier diffusion length of the solar cells and the effective enhancement of multiple exciton generation. Meanwhile, the dynamics process of carrier generation, transfer and recombination in quantum dot solar cell will be confirmed, which can clarify the carrier generation, transfer and recombination mechanism. Furthermore, this project will provide scientific reference and theoretical support for the investigation and development of high efficiency quantum dot solar cell.
量子点太阳能电池以极高理论效率成为当前的研究热点,其载流子扩散长度不足和多激子效应无法有效增强是量子点太阳能电池产业化进程中的难点。超晶格结构能改善薄膜内量子点的排列方式,有利于量子点之间的共振耦合,有望缩短载流子的传输距离,并降低多激子产生的阈值能量,是解决问题的有效途径。为此,本项目拟利用不同尺寸、形貌结构及表面配体的PbS量子点对量子点超晶格光吸收层的空间结构、空间距离、空间维度及空间有序度进行联合调控,研究超晶格的微观结构对量子点太阳能电池载流子传输性能的影响规律,并探索量子点超晶格内共振耦合增强与载流子产生及分离效率的内在联系,实现电池载流子扩散长度的提升及多激子效应的有效增强,同时明晰量子点超晶格太阳能电池中载流子产生、传输及复合的动力学过程,揭示载流子产生、传输及复合机理,为高效量子点太阳能电池的研究提供科学借鉴和理论支持。

结项摘要

量子点太阳能电池因其低成本和高理论效率的优势,成为光伏发电降本增效的关键技术。为了解决量子点太阳能电池产业化进程中载流子产生和传输的基础科学问题和技术瓶颈,本项目发展了PbS量子点的一步可控制备方法,实现了PbS量子点的尺寸和表面配体的调控;优化了量子点光吸收薄膜结构,实现了量子点太阳能电池载流子传输效率的有效提升;明晰了量子点太阳能电池载流子的产生和传输机理。结果表明:①通过调控铅和硫的前驱体,可以有效调控PbS量子点的尺寸和表面配体。通过开发一步合成法,同时实现了PbS量子点的尺寸调控和表面钝化,提升了量子点的质量和均匀性,降低了量子点的表面缺陷态密度。②通过尺寸调控和多尺寸联合的方式,实现了排列紧密有序的PbS量子点光吸收薄膜类晶格结构,降低了薄膜内部的缺陷态密度,量子点太阳能电池的光电转换效率从6.31%提升到7.58%。③采用表面配体后处理方式,改善了PbS量子点光吸收薄膜类晶格结构的均匀性和有序性,进一步钝化了薄膜内的缺陷,优化了载流子产生和传输效率,电池的光电转换效率进一步提升到8.17%。④分析了不同结构的量子点太阳能电池中载流子产生效率和载流子传输速率,明确了量子点太阳能电池的微观结构和光电性能之间内在联系,阐明了量子点太阳能电池的载流子产生和传输机理。通过本项目资助,在国内外学术期刊发表SCI论文7篇,授权国家发明专利2项;举办和参加国内外学术会议7次;培养研究生7名;指导学生获得中国可再生能源学会大学生优秀科技竞赛三等奖1项;获长沙理工大学湖湘学者拔尖人才1人。项目相关研究成果为高效量子点太阳能电池的研究和应用提供科学借鉴和理论支持。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Enhanced current density of anatase TiO2 nanowire arrays by interface connection modulation in flexible quantum dot sensitized solar cells
通过柔性量子点敏化太阳能电池中的界面连接调制增强锐钛矿二氧化钛纳米线阵列的电流密度
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2020.154261
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Peng Zhuoyin;Sun Zheng;Liu Yueli;Wang Meng;Ning Zuoqiu;Li Wei;Chen Jianlin;Chen Jian;Zhang Shengde
  • 通讯作者:
    Zhang Shengde
Influence of ZnO nano-array interlayer on the charge transfer performance of quantum dot sensitized solar cells
ZnO纳米阵列中间层对量子点敏化太阳能电池电荷传输性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2018.12.170
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Peng Zhuoyin;Liu Zhou;Chen Jianlin;Ren Yanjie;Li Wei;Li Cong;Chen Jian
  • 通讯作者:
    Chen Jian
Interface connection modulation by CuxS buffer layer on charge transfer performance enhancement of CuInS2 quantum dot-sensitized solar cells
CuxS缓冲层的界面连接调制对CuInS2量子点敏化太阳能电池电荷转移性能的增强
  • DOI:
    10.1557/s43578-021-00274-7
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Journal of Materials Research
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Wang Meng;Peng Zhuoyin;Ning Zuoqiu;Chen Jianlin;Li Wei;Chen Jian;Huang Dong
  • 通讯作者:
    Huang Dong
Interface connection modulation by heating treatment for photovoltaic performance enhancement on CuInS2 quantum dot sensitized solar cells
通过热处理调节界面连接以增强 CuInS2 量子点敏化太阳能电池的光伏性能
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2019.153351
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Peng Zhuoyin;Sun Zheng;Ning Zuoqiu;Liu Yueli;Chen Jianlin;Li Wei;Qiu Wei;Chen Jian;Liu Zhimin
  • 通讯作者:
    Liu Zhimin
Enhanced charge generation and transfer performance of the conical bamboo-like TiO2 nanotube arrays photo-electrodes in quantum dot sensitized solar cells
量子点敏化太阳能电池中锥形竹状二氧化钛纳米管阵列光电极增强的电荷产生和传输性能
  • DOI:
    10.1016/j.solener.2020.05.026
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Solar Energy
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Peng Zhuoyin;Sun Zheng;Chen Jianlin;Li Wei;Chen Jian;Liu Yueli;Chen Keqiang
  • 通讯作者:
    Chen Keqiang

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太阳能热发电用渗铝321不锈钢的高温低周疲劳行为研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
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    动力工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李微;左炉;许栋梁;陈荐;彭卓寅;张圣德
  • 通讯作者:
    张圣德

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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