有机太阳电池纳米随机织构复合电极的陷光机理、结构设计与实验研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61377031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Organic solar cells (OSCs) have attracted intensive attention because of their advantages of flexibility, light weight, and potential for low cost. However, due to the low carrier mobility of organic semiconductor materials, the absorption layer thickness of OSCs is subject to the restriction for the increased recombination probability of photogenerated carriers. OSCs with the limited thickness of the absorption layer readily suffer from the insufficient light absorption and low efficiency. The introduction of light-trapping structure into OSC can allow to fully absorb light without increasing the absorption layer thickness, while to reduce the recombination probability of photogenerated charge carriers.Whereas,until now,no obvious efficiency improvement has been found for OCSs based on periodic light- trapping structure.More intensive research should be carried out on structure design, spectral response and interface recombination for light-trapping effect. In this project, we propose a new method to improve the light absorption efficiency of OSCs with the combination of scattering of the incident light and diffuse reflection of the transmitted light. To realize this purpose, a new structure with random textured front electrode and double layers back textured electrode will be designed for OSCs and the prototype devices will be fabricated. We will focus on revealing the mechanism of light-trapping effect of this structure and find an effective way to manage the light absorption for OSCs. From the point of device realization view, we will adjust the preparation process of light-trapping electrode to be compatible with the existing organic process. At the same time, by interface modification and electrode optimization, we will ensure that the light-trapping structures of the electrodes not only improve the light absorption, but also do not affect the photogenerated carrier transport processes. As a result, overall performance improvement of OSC can be achieved. Finally, through theoretical analysis and experimental study, we will establish a firm foundation for the further improving of the light absorption and conversion efficiency of OSC based on the light management.
有机太阳电池吸收层载流子迁移率低,使电荷复合几率随吸收层厚度增加,制约了器件光电转换效率的提升。引入陷光机制可以实现超薄吸收层对光的充分吸收,是改善载流子复合、提高效率的重要手段。然而现有的周期性陷光结构难以使电池的整体性能得到改善,在结构设计、光谱响应、界面复合等方面有待进一步深入的研究。本项目提出一种具有随机织构绒面前电极、漫反射结合光学隔离层复合背电极的三重光吸收增益效果的光管理方案。采用纳米形貌微调控、界面修饰、多层膜光学参数匹配等手段,实现对入射短波光的前散射、长波光的背漫反射以及吸收层的光强分布调控,获得宽谱域光吸收增强效果。通过三维光学理论模拟,揭示随机织构陷光电极提高有机太阳电池光吸收效率的机理。本项目兼顾电极的陷光结构在光学和电学上对电池的双重影响机制,最终制备出基于新型的前散射、背漫反射及光强增强相结合的有机电池原型器件,为进一步提高有机电池的光吸收和转换效率奠定基础。

结项摘要

国家自然科学基金面上项目“有机太阳电池纳米随机织构复合电极的陷光机理、结构设计与实验研究”(编号:61377031)。引入陷光机制可以实现超薄吸收层对光的充分吸收,是改善载流子复合、提高效率的重要手段。提出一种具有随机织构绒面前电极、漫反射结合光学隔离层复合背电极的三重光吸收增益效果的光管理方案,获得宽谱域光吸收增强效果。.研究的主要内容包括:(1)薄膜太阳电池绒面散射陷光结构的模拟计算。(2)倒结构聚合物太阳电池中绒面ZnO、AZO电子传输层的优化设计;聚合物太阳电池FTO前电极的绒面陷光结构设计;宽光谱散射Ag纳米线/ZnO复合电极的结构设计。(3)PTB7-Th:PCDTBT:PC70BM三元体系聚合物太阳电池的构建,以及阴极界面修饰层的研究。.取得的主要研究成果为:(1)开发了一套完整的绒面散射建模方法,即基于Reyleigh-Sommerfeld理论的Matlab数值方法。并针对随机形貌、周期形貌、叠加形貌三种不同形貌散射特性进行了建模分析,发现其散射特性由其内部结构特征尺寸占主导所对应的散射机制来主导。(2)通过溶胶凝胶法制备得到随机陷光的绒面AZO电子传输层;实现了适合聚合物太阳电池FTO前电极的绒面陷光结构设计;构建了宽光谱散射Ag纳米线/ZnO复合电极结构。建立一整套基于电极陷光结构的有机太阳电池器件结构设计体系和工艺方案,阐明各层随机陷光结构对光散射、光增强和光吸收的作用,在实验上实现了基于前散射及光场增强的有机电池原型器件。(3)设计并组建了PTB7-Th:PCDTBT:PC70BM三元体系有机聚合物太阳电池,提出并设计了UVO-ZnO NPs/PFN双阴极界面修饰层,并将其应用于三元体系有机聚合物太阳电池,实现了最高10.87%的器件效率,并且使器件的稳定性得到大幅提升,有力地推动了聚合物太阳电池大规模产业化的进程。

项目成果

期刊论文数量(41)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Quantum-confined photoluminescence from size-controlled boron doped nanocrystalline-Si:H/a-SiCx:H superlattice
尺寸控制的硼掺杂纳米晶-Si:H/a-SiCx:H 超晶格的量子限制光致发光
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Thin Solid Films
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Jun Ma;Jian Ni;Jianjun Zhang;Qun Liu;Xiaodan Zhang;Ying Zhao
  • 通讯作者:
    Ying Zhao
Efficiency boosting of inverted polymer solar cells with a polyvinylpyrrolidone-modified Al-doped ZnO electron transport layer
聚乙烯吡咯烷酮改性Al掺杂ZnO电子传输层提高倒置聚合物太阳能电池的效率
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2014.04.025
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Yu Xuan;Yu Xiaoming;Zhang Jianjun;Zhao Gengshen;Ni Jian;Cai Hongkun;Zhao Ying
  • 通讯作者:
    Zhao Ying
Al-doping effects on the photovoltaic performance of inverted polymer solar cells
Al掺杂对倒置聚合物太阳能电池光伏性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s11801-016-6003-8
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    OPTOELECTRONICS LETTERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yu Xuan;Shi Yafeng;Yu Xiaoming;Zhang Jianjun;Ge Yaming;Chen Liqiao;Pan Hongjun
  • 通讯作者:
    Pan Hongjun
Non-uniform distribution in mu c-Si1-xGex:H and its influence on thin film and device performance
mu c-Si1-xGex:H中的不均匀分布及其对薄膜和器件性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2016.02.009
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Cao Yu;Liu Yiming;Zhou Jing;Wang Yijun;Ni Jian;Zhang Jianjun
  • 通讯作者:
    Zhang Jianjun
Optical constants of long silver nanowire thin films on glass calculated from the transmission spectra
根据透射光谱计算玻璃上长银纳米线薄膜的光学常数
  • DOI:
    10.1016/j.matlet.2017.02.044
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Materials Letters
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Xiaoming Yu;Xuan Yu;Jianjun Zhang;Liqiao Chen;Yunqian Long;Dekun Zhang
  • 通讯作者:
    Dekun Zhang

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其他文献

基于螺旋理论的2-P(4R)RR并联机构奇异性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    河北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建军;王晓慧;马俊杰;李为民
  • 通讯作者:
    李为民
碳化硅颗粒增强6168铝基复合材料热变形本构关系
  • DOI:
    10.1016/j.jcf.2021.06.013
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建军;郭胜利
  • 通讯作者:
    郭胜利
不同地膜覆盖栽培模式对玉米产量、水分利用效率和品质的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李尚中;樊廷录;赵晖;李城德;赵贵宾;赵刚;党翼;王磊;张建军;唐小明;王淑英;程万莉
  • 通讯作者:
    程万莉
An explanation of hysteresis of electrical resistance-composition relationship in the Pd-H(D) and Pd alloy-H(D) systems measured by a gas phase method
气相法测量Pd-H(D)和Pd合金-H(D)体系中电阻-成分关系滞后的解释
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    高捷;张武寿;张建军
  • 通讯作者:
    张建军
阿尔泰造山带花岗岩时空演变、构造环境及地壳生长意义——以中国阿尔泰为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩石矿物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩宝福;洪大卫;史兴俊;李舢;张建军;李锦轶;童英;王涛
  • 通讯作者:
    王涛

其他文献

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张建军的其他基金

宽光谱吸收量子点中间带太阳电池
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    59 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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