钙钛矿金属有机卤化物太阳能电池材料的力电光多场耦合效应及其对光伏转换性能的影响

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基本信息

  • 批准号:
    11772207
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0808.多场耦合与智能结构力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Organometal trihalide perovskite solar cells could have significant improvement on the energy structure and environmental problems for China as well as the entire planet due to their low cost, low-power consumption, flexibility and high efficiency. However, because of the complexity of the multi-physical coupling, its microscopic mechanism, inner interaction and the resulted macroscopic phenomena in perovskite materials are still not well-investigated, and thus its effects on the photovoltaic performance of perovskite solar cells should be further elucidated. Motivated by these observations, we seek to explain the mechanical-electro-optical coupling in perovskite materials and to reveal the effects of ferroelectric polarization, piezoelectricity, ion migration and electrochemical strain on photovoltaic performance. This study will include, 1) developing a scale-span AFM experimental mechanics method to realize a real-time in-situ mechanical-electro-optical coupling observation; 2) revealing the microscopic properties and mechanism of local mechanical-electro-optical coupling based on micro-nano scale; 3) clarifying the effects of this multi-physical coupling on photovoltaic conversion performance on the perspective of the solar cell devices. This project will give a deeper understanding on mechanical-electro-optical coupling in perovskite materials and make it possible to provide a powerful experimental mechanics tool. It also provides a pathway to improve the photovoltaic conversion efficiency of the perovskite solar cells via controlled multi-physical couplings.
新型钙钛矿有机金属卤化物太阳能电池具有成本低、能耗小、柔韧可塑和转换效率高等诸多优点,对改善我国乃至世界能源结构和环境问题具有非常重要意义。然而钙钛矿太阳能电池材料表现出复杂的多场耦合效应,其微观机制、相互作用以及宏观表象当前并不清楚,对钙钛矿太阳能电池光伏转换性能的影响也有待揭示。本项目旨在阐明钙钛矿有机金属卤化物材料的力电光多场耦合效应,并揭示铁电极化、压电效应、离子运动和电化学应变对材料光伏转换的影响。研究内容包括(1)发展基于AFM的跨尺度实验力学方法,实现钙钛矿太阳能材料力电光多场耦合效应实时原位观测;(2)在微纳尺度揭示钙钛矿材料局域力电光多场耦合效应微观性质及机理;(3)在器件层面阐明多场耦合效应对太阳能电池光伏转换性能的影响。项目将加深我们对钙钛矿太阳能电池多场耦合效应的理解,为这类材料提供强有力的实验力学工具,并为通过多场耦合调控提升钙钛矿太阳能电池光伏转换效率提供方向。

结项摘要

该项目从优化材料和器件工艺,铁电极化和离子迁移等多场耦合效应,以及对光电转换性能机理开展研究。详细研究成果如下:.优化钙钛矿材料和器件制备工艺。(1)通过锡金属部分置换铅离子制备锡铅钙钛矿太阳能电池,光电转换效率达到12.46%。(2)云母基底柔性钙钛矿太阳能电池最佳光电转换效率为18.0%,电池连续弯曲5000次,保持初始效率的91.7%,表现优异的机械性能;(3)锂镍基钙钛矿太阳能电池,获得了20.44%的最佳光电转换效率。.原位原子力显微技术研究钙钛矿铁电极性。(1)MAPbI3单晶中,极性与非极性畴共存。极性畴和非极性畴都随相变产生明显的记忆效应,畴结构在相变温度以上消失,相变温度下恢复。极性畴区域光电流减弱,极性抑制光电流的产生。(2)MAPbI3存在的交替极性和非极性畴结构,极性畴为非中心对称晶体结构,表现出铁电性;非极性畴区为中心对称晶体结构,表现出反铁电性;铁电-反铁电畴壁提供了光生电子传输的通道,调控了铁电相和反铁电相之间的翻转。.通过透射电子显微技术研究钙钛矿中离子迁移。在极低的电子束剂量下(0.7 e Å-2)成功地采集了MAPbI3的钙钛矿型原子结构,揭示了钙钛矿分解普适路径以及阳离子有序的中间相结构;低温并没有阻碍钙钛矿的分解,反而会导致快速的非晶化转变;碳包覆可以起到稳定结构抑制分解的作用,减弱离子迁移。.钙钛矿多场耦合效应扩展应用。常规服役压力载荷下,钙钛矿晶胞各向异性占主导;超过可以承受临界压力,即超高压载荷下,结晶相转变为非晶相,带隙减小,呈现金属化性质;临界服役压力载荷下,出现微观结构和能级结构行为突变。采用钙钛矿材料CsFAMA作为光敏介质构建光伏传感器,发现光照和电场都能够诱导器件内部发生离子迁移并改变其能带结构和输运特性,其目标识别准确率提高263%。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(7)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Ferroic alternation in methylammonium lead triiodide perovskite
甲铵三碘化铅钙钛矿中的铁交替
  • DOI:
    10.1002/eom2.12131
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    EcoMat
  • 影响因子:
    14.6
  • 作者:
    Shengjian Qin;Shenghui Yi;Yanqing Xu;Zhou Mi;Jinjin Zhao;Xiaobao Tian;Huajun Guo;Yinan Jiao;Guanglei Zhang;Jian Lu
  • 通讯作者:
    Jian Lu
Emerging New-Generation Detecting and Sensing of Metal Halide Perovskites
新兴的新一代金属卤化物钙钛矿检测和传感
  • DOI:
    10.1002/aelm.202101204
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Hui Bu;Caili He;Yanqing Xu;Lu Xing;Xiaomin Liu;Shuxia Ren;Shenghui Yi;Liang Chen;Hao Wu;Guanglei Zhang;Jinjin Zhao;Jianlin Shi
  • 通讯作者:
    Jianlin Shi
General Decomposition Pathway of Organic-Inorganic Hybrid Perovskites through an Intermediate Superstructure and its Suppression Mechanism
有机-无机杂化钙钛矿通过中间超结构的一般分解途径及其抑制机制
  • DOI:
    10.1002/adma.202001107
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Shulin Chen;Ying Zhang;Xiaowei Zhang;Jinjin Zhao;Zewen Zhao;Xiao Su;Ze Hua;Jing min Zhang;Jian Cao;Jicai Feng;Xiao Wang;Xinzheng Li;Junlei Qi;Jiangyu Li;Peng Gao
  • 通讯作者:
    Peng Gao
Trivalent Ni oxidation controlled through regulating lithium content to minimize perovskite interfacial recombination
通过调节锂含量来控制三价镍氧化,以最大限度地减少钙钛矿界面复合
  • DOI:
    10.1007/s12598-021-01800-6
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Rare Metals
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Jinjin Zhao;Xiao Su;Zhou Mi;Ying Zhang;Yan-Jun Hu;Hua-Jun Guo;Yi-Nan Jiao;Yu-Xia Zhang;Yan Shi;Wei-Zhong Hao;Jing-Wei Wu;Yi Wang;Cun-Fa Gao;Guo-Zhong Cao
  • 通讯作者:
    Guo-Zhong Cao
Conduction Response in Highly Flexible Nonvolatile Memory Devices
高度灵活的非易失性存储器件中的传导响应
  • DOI:
    10.1002/aelm.202000151
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Shuxia Ren;Zhenhua Li;Lingzhi Tang;Xiao Su;He Zhang;Guanglei Zhang;Han Zhang;Guozhong Cao;Jinjin Zhao
  • 通讯作者:
    Jinjin Zhao

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其他文献

Effects of microstructural heterogeneity on the fatigue properties of cast aluminum alloys: a review
微观结构不均匀性对铸造铝合金疲劳性能的影响:综述
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2019.105336
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    焦忆南;张依凡;马世卿;桑德利;张洋;赵晋津;刘永强;杨绍普
  • 通讯作者:
    杨绍普
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张连水
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    河北大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    党伟;刘旭;白晶晶;赵晋津;张连水
  • 通讯作者:
    张连水

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多级孔TiO2︱TiZnO3@QDs︱ZnO叠层薄膜及光电转换性能研究
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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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