量子点敏化p-型太阳能电池的构建、载流子传输机制及抑制电荷复合研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21403302
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0205.电化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Replacing the organic dye with semiconductor quantum dots to develop quantum dots sensitized p-type solar cells (p-QDSC) is the reasonable and effective approach to solve the two main problems existing in dye-sensitized p-type solar cells (p-DSC), that is, low dye adsorption and the low charge separation efficiency, which greatly limit the photocurrent of p-DSC. The aim of this project is focused on the construction, charge transport mechanism study and charge recombination suppression of p-QDSC. There are three main themes within the proposed research. The first is to construct p-QDSC prototype based on CdS quantum dots/p-type NiO film/iodine-free electrolyte system, and interpret the effect of key material, e.g., the electrolyte type, the NiO thin film thickness, and CdS quantum dot loading, etc. on the overall conversion efficiency to optimize the structure of p-QDSC. Secondly, the dynamics in the process of charge generation, diffusion, recombination, and collection and their competitive relationship will be studied, using intensity modulated photocurrent spectroscopy/intensity modulated photovoltage spectroscopy (IMPS/IMVS) analysis and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) fitting. On this basis, studies will be done to explore new methods to improve the photovoltaic performance of p-QDSC. Various charge recombination suppression strategies, e.g., reducing the surface states, energy level alignment, and reducing the reactivity will be applied to the key surface area where recombination occures, e.g., the surface of quantum dots, the surface of NiO, and the surface of conductive substrate. This study is expected to be the foundation and the key to boost major breakthrough for pn-type solar cells and contributes to the fundamental research and technological applications of other new types of solar cells.
染料吸附量低和电荷分离效率低是导致目前染料敏化p-型太阳能电池光电流低的主要因素,以半导体量子点取代有机染料作为敏化剂,发展量子点敏化p-型太阳能电池是解决该问题的合理途径。本项目以CdS量子点/p-型NiO薄膜/非碘电解液体系为基础,构建量子点敏化p-型太阳能电池原型,揭示关键材料的组成、结构等对光电性能的影响规律,优化器件结构;建立初步的载流子传输理论模型,采用强度调制光电化学谱分析和电化学阻抗谱拟合等方法,系统研究载流子传输、复合、收集的动力学过程及相互竞争机制;在此基础上,探索提高光电性能的新方法,通过减少表面态、调整能带和降低反应活性等策略,抑制关键表面区域的电荷复合,获得高性能的p-型量子点敏化太阳能电池。本项目旨在提高p-型敏化太阳能电池的光电流,使之能够与n-型敏化太阳能电池相匹配,为高效pn-型敏化太阳能电池及其它高层次太阳能光电转换器件的设计制备提供实验基础和理论依据。

结项摘要

本课题通过以半导体量子点取代有机染料作为敏化剂,构建了新型太阳能电池结构,以解决染料吸附量低和电荷分离效率低的缺陷,提高敏化p-型太阳能电池的光电流。首先分别制备了CdS、CdSe等量子点和p-型NiO介孔薄膜,并主要以S2-/Sx2-为电解液体系,构建了三明治结构的量子点敏化p-型太阳能电池原型,系统研究了关键材料的组成、结构等对光电性能的影响规律,优化了器件结构;进而通过各种分析手段研究了载流子传输、复合、收集的动力学过程及相互竞争机制,研究表明造成光电流损失的主要原因是导电基底与电解液界面、介孔薄膜与量子点界面的电荷复合;在此基础上,研究了通过在导电基底上制作NiO致密层,阻断堆积在导电基底上的电子与电解液的反应;通过Cu2+掺杂提高NiO介孔薄膜载流子传输性能;通过ZnS、SiO2等对NiO多孔薄膜进行表面钝化;TiO2、ZnS等CdS量子点进行表面缺陷掩埋等策略,对关键表面区域的电荷复合进行抑制,提高了p-型量子点敏化太阳能电池的光电性能。然而,由于敏化p-型太阳能电池内部存在着多个关键的表面区域以及复杂的电荷复合行为,以及p-型光阴极的光电流失配,造成了严重的光电压和光电流损失,其存在问题基于现有的材料制备方法和界面理论很难得到理想的解决,而通过减少原设计电池内部的界面和材料,以减少电荷复合途径,是目前针对该电池结构的有效手段。研究后期,初步尝试设计开发了无电解液量子点敏化pn-型太阳能电池,减少了电池内部的传荷界面和电荷复合路径,为高效pn-型敏化太阳能电池及其它高层次太阳能光电转换器件的设计制备提供实验基础和理论依据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(2)
High performance sponge MnO2 nanotube monoliths
高性能海绵二氧化锰纳米管整体料
  • DOI:
    10.1039/c5ra10532c
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yang Guangwu;He Bing;Zhao Fuzhen;Guo Wenyue;Xue Qingzhong;Li Hulin
  • 通讯作者:
    Li Hulin
Theoretical insight into photo-induced intramolecular electron transfer in heterodinuclear Ru(II)-Co(III) complexes
异双核 Ru(II)-Co(III) 配合物中光诱导分子内电子转移的理论见解
  • DOI:
    10.1016/j.matchemphys.2015.05.041
  • 发表时间:
    2015-07
  • 期刊:
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Shao Yang;Lu Xiaoqing;Li Ke;Zhao Zigang;Shi Xiaofan;Jin Dongliang;Zhu Houyu;Yang Guangwu;Guo Wenyue
  • 通讯作者:
    Guo Wenyue
A prototype of three-dimensional transparent current collector with enhanced charge collection
具有增强电荷收集功能的三维透明集电器原型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optoelectronics and Advanced Materials – Rapid Communications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guangwu Yang;Bing He;Wenyue Guo;Lianming Zhao;Qingzhong Xue;Hulin Li
  • 通讯作者:
    Hulin Li
Hierarchical NiO nanoflakearrays on nickel foam as a supercapacitor electrode with high capacitance andhigh rate capability
泡沫镍上的分层 NiO 纳米片阵列作为具有高电容和高倍率性能的超级电容器电极
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Nanoscience and Nanotechnology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guangwu Yang;Fuzhen Zhao;Bing He;Wenyue Guo;Xiaoqing Lu;Qingzhong Xue
  • 通讯作者:
    Qingzhong Xue
建设四类实验资源 构建“分层次递进式”实验教学体系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016-11
  • 期刊:
    实验室研究与探索
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨广武;胡松青;张亚萍;郭文跃
  • 通讯作者:
    郭文跃

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其他文献

地铁施工影响下既有桥梁桩基沉降的主动补偿方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    现代隧道技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张顶立;杨广武;牛晓凯;赵江涛
  • 通讯作者:
    赵江涛
隧道开挖条件下2×2 被动群桩遮拦效应的数值分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    现代隧道技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    牛晓凯;苏洁;杨广武;徐会杰
  • 通讯作者:
    徐会杰

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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