氮化镓/硅多界面纳米异质结新型太阳能电池研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61774136
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The contradiction existed between the energy dispersivity of sunlight photons and the uniqueness and definiteness of the bandgap energy, as well as that between the site distribution of sunlight absorption and the site location of the collection electrode for a photovoltaic cell, are the two fundamental limitations for the further promotion of its energy conversion efficiency. Aimed directly at solving the two contradictions, we planned to prepare a novel solar cell based on GaN/Si multi-interface nanoheterojunction, which will be accomplished by growing GaN nanostructures on silicon nanoporous pillar array (Si-NPA), a unique silicon hierarchical structure prepared by a hydrothermal method. Here the efficiency for the utilization of the whole sunlight spectrum to produce photon-generated carriers will be greatly promoted through both introducing semiconductors with different bandgap energies and exploiting the size dependence of energy bandgaps for semiconductor nanocrystallites; while the recombination probability for photon-generated carriers during their transport from generating sites to colleting electrode will be largely reduced through shortening the transport length by constructing a complex multi-interface nanoheterojunction. Clearly, both of the two measures will be helpful for promoting the final cell efficiency. Based on controlling the structure and component at the interface and analyzing the photovoltaic properties of the solar cell, the process and physical mechanism relating to the generation, separation, transport and collection of the photon-generated carriers will deeply and systematically studied, and the space configuration and physical model of the multi-interface nanoheterojunction will be built up, accompanied with the clarification on the characteristic parameters for describing the nanoheterojunction. Through evaluating the comprehensive device performance, the study will lay a strong physical and technical foundation for preparing high-efficiency solar cells.
太阳光子能量的分散性与半导体带隙能的唯一性、光子吸收位的分布性与载流子收集电极的局域性,构成了制约传统太阳能电池效率提高的两个根本因素。本项目拟以具有独特层次结构的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,通过沉积GaN纳米结构,制备出一种GaN/Si-NPA多界面纳米异质结新型太阳能电池。利用异质结中两种半导体材料带隙差和半导体纳米晶带隙的尺寸依赖性,实现对太阳光全波段的量子吸收,提高光生载流子产生效率;通过构造复杂多界面异质结构,缩短载流子向收集电极传输过程的路径,减小载流子传输过程中的复合几率,最终获得具有较高能量转换效率的太阳能电池。项目还拟通过对电池复杂界面结构及成分的调控和对电池光伏特性的测试与分析,探索纳米多界面异质结中光生载流子产生、分离、输运和收集的物理过程和规律,建立其清晰的空间结构和物理模型,为未来新型高效太阳能电池研制奠定基础。

结项摘要

太阳光子能量的分散性与半导体带隙能的唯一性、光子吸收位置的分布性与载流子收集电极的局域性,构成了制约传统太阳能电池效率提高的两个根本因素。本项目以具有独特层次结构的硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,通过沉积GaN纳米结构,制备出一种GaN/Si-NPA多界面纳米异质结。为提高GaN/Si-NPA的界面质量并减少缺陷种类和缺陷浓度,探索发展了Si-NPA的氮钝化技术,GaN在Si-NPA上的无催化剂生长技术和ZnO纳米晶诱导生长技术,研究了在制备过程中氨气流量对GaN结构形貌、缺陷种类和相对浓度及的调制规律。在此基础上,制备了基于GaN/Si-NPA的太阳能电池并对其制备条件进行了优化,实现了开路电压0.82 V、短路电流23.21 mA/cm2、填充因子38.5%和电池能量转换效率7.29%的优异性能。通过对电池复杂界面结构及成分的分析并结合电池光伏特性的测试结果,初步澄清了多界面纳米异质结中光生载流子产生、分离、输运和收集的物理过程和规律,建立了多界面纳米异质结电池清晰的空间结构和物理模型,为未来新型高效太阳能电池研制奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Low-bias visible photodetection realized by graphite nanostructures grown on silicon nanoporous pillar array
硅纳米多孔柱阵列上生长的石墨纳米结构实现低偏置可见光电探测
  • DOI:
    10.1007/s11051-018-4308-1
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Nanoparticle Research
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Zhao-Jun Tang;Di Wu;Sen Li;Yan-Tao Li;Xin-Jian Li
  • 通讯作者:
    Xin-Jian Li
High-performance self-powered deep ultraviolet photodetector based on MoS2/GaN p-n heterojunction
基于MoS2/GaN p-n异质结的高性能自供电深紫外光电探测器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhuo Ranran;Yuange Wang;Wu Di;Lou Zhenhua;Shi Zhifeng;Xu Tingting;Xu Junmin;Tian Yongtao;Li Xinjian
  • 通讯作者:
    Li Xinjian
Self-powered ultraviolet photodetection realized by GaN/Si nanoheterostructure based on silicon nanoporous pillar array
基于硅纳米多孔柱阵列的GaN/Si纳米异质结构实现自供电紫外光电探测
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2018.07.066
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Xue-Xia Chen;Xu-Hua Xiao;Zhi-Feng Shi;Rui Du;Xin-Jian Li
  • 通讯作者:
    Xin-Jian Li
Enhanced thermoelectric properties of Cu2− δSe nanopowder dispersed Bi2Ba2Co2Oy ceramics
Cu2+δSe纳米粉分散Bi2Ba2Co2Oy陶瓷的增强热电性能
  • DOI:
    10.1107/s2059798321003934
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Physics A
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ruijuan Cao;Erying Li;Qiujun Hu;Zheng Zhu;Yan Zhang;Xinjian Li;Xing Hu;Hongzhang Song
  • 通讯作者:
    Hongzhang Song
In-situ fabrication of PtSe2/GaN heterojunction for self-powered deep ultraviolet photodetector with ultrahigh current on/off ratio and detectivity
原位制造具有超高电流开/关比和探测率的自供电深紫外光电探测器的 PtSe2/GaN 异质结
  • DOI:
    10.1007/s12274-018-2200-z
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Nano Research
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Ranran Zhuo;Longhui Zhong;Huiyu Yuan;Di Wu;Yuange Wang;Zhifeng Shi;Tingting Xu;yongtao Tian;Xinjian Li;Yuen Hong Tsang
  • 通讯作者:
    Yuen Hong Tsang

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
    王海燕;王伶俐;胡青飞;李新建
  • 通讯作者:
    李新建

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

        graph TD
          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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