基于TOPCon技术的梯度掺杂型p-NiOx/n-c-Si太阳电池的构筑及界面电荷行为机理研究

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基本信息

  • 批准号:
    11904127
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Insufficient charge transport capacity of hole-selective layer and large interface recombination at heterojunction interface are the key issues limiting the photovoltaic performance of TMOs/n-c-Si solar cells. In this project, we intend to prepare gradient doped p-NiOx hole-selective layer and develop TOPCon technique to construct high performance p-NiOx/n-c-Si solar cells; In-depth study the influence of the gradient doping model and the preparation process of p-NiOx hole-selective layer on the material properties, device built-in electric field, and interface-charge transport; Systematically investigate the synergistic effects between interface passivation and carrier tunneling-transport, which introduced by TOPCon technique; explore the dynamic process of carrier transport and recombination at p-NiOx/n-c-Si heterojunction interface during photoelectric conversion. We also aiming to optimize the adaptability between each functional layers to push the efficiency of prototype p-NiOx/n-c-Si solar cell >19%. The results of this research not only provide a solution to improve the photovoltaic performance of novel p-NiOx/n-c-Si solar cells, but also provide experimental basis and theoretical guidance for designing of carrier selection layer and interface optimization of other solar cells.
TMOs/n-c-Si太阳电池空穴选择层电荷输运性质差及异质结界面复合损失大是限制其光伏性能提升的关键问题所在。本课题拟制备梯度掺杂型p-NiOx空穴选择层,结合TOPCon界面钝化技术,构筑高性能p-NiOx/n-c-Si太阳电池;深入研究p-NiOx空穴选择层的梯度掺杂模型及制备工艺对材料光电特性、器件内建电场及界面电荷输运的影响机理;系统研究TOPCon工艺参数对异质结界面钝化性能及载流子隧穿输运效果的协同影响规律,并探究光电转换过程中p-NiOx/n-c-Si异质结界面的光生载流子的传输及复合的动力学过程;进行器件各功能层之间的适配性优化,制备效率>19%的p-NiOx/n-c-Si太阳电池原型器件。本课题研究结果不仅为提升新型p-NiOx/n-c-Si太阳电池光伏性能提供解决方案,也为其他类型电池的载流子选择层设计及界面优化提供一定的实验依据和理论指导。

结项摘要

以过渡金属氧化物(Transition Metal Oxides, TMOs)为电荷选择层的TMOs/n-c-Si太阳电池因其独特的光学及电学特性而受到广泛的关注。目前TMOs材料的电荷传输性能及异质结界面能级结构匹配问题是限制电池转换效率的关键因素。在本项目的支持下,我们以同步降低电池窗口层寄生吸收、提高界面电荷传输效率、改善界面能级结构、抑制界面复合损失为目标,通过设计不同光电特性、掺杂梯度、复合结构的多功能电荷传输材料,构建梯度p-NiOx、m-TiO2/a-WOx等梯度空穴(电子)选择层的异质结太阳电池,并提出异质结界面梯度模型及关键制备技术,发现NiOx:Cu/NiOx的最优梯度配位为3:1;而后为进一步解决异质结界面复合损失问题,引入了基于超薄SiOx钝化的TOPcon技术,发现2 nm的超薄SiOx可以实现界面电荷隧穿与缺陷钝化直接的平衡,在不损失界面电荷传输性能的前提下,有效钝化界面缺陷,改善p-NiOx/n-c-Si界面复合损失,获得转换率为20.3%的p-NiOx/n-c-Si异质结太阳电池 (其中,开路电压 0.682 V,填充因子76.02 %,短路电流密度39.15 mA/cm2 )。此外,项目还进一步探索了梯度电荷传输层在钙钛矿太阳电池中的应用,获得效率大于21.6%的转换效率,揭示了钙钛矿太阳电池内建电场、化学钝化、界面场钝化对光生电荷抽取的协同作用机理,为推动新型光伏器件的实际应用提供一定的理论依据和实验指导。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Gradient doped nickel oxide hole selective heterocontact and ultrathin passivation for silicon photovoltaics with efficiencies beyond 20%
梯度%20掺杂%20镍%20氧化物%20孔%20选择性%20异质接触%20和%20超薄%20钝化%20用于%20硅%20光伏%20with%20效率%20超越%2020%
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2022.138060
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Fengyou Wang;Hui Duan;Xin Li;Shuo Yang;Donglai Han;Lili Yang;Lin Fan;Huilian Liu;Jinghai Yang;Federico Rosei
  • 通讯作者:
    Federico Rosei
Novel insights into the role of solvent environment in perovskite solar cells prepared by two-step sequential deposition
关于溶剂环境在两步顺序沉积制备的钙钛矿太阳能电池中的作用的新见解
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2020.228862
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Power Sources
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wang Pengfei;Lu Wanhong;Wang Mingyue;Yang Lili;Wang Fengyou;Liu Huilian;Wei Maobin;Yang Jinghai;Fan Lin
  • 通讯作者:
    Fan Lin
Constructing amorphous titanium nitride/titanium oxides hybrid electron transporting layer for achieving efficient and stable perovskite solar cells
构建非晶氮化钛/氧化钛杂化电子传输层以实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2022.154518
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yue Gou;Haoyan Wang;Xin Li;Hui Duan;Shaomin Yang;Donglai Han;Lin Fan;Jinghai Yang;Lu Yang;Fengyou Wang
  • 通讯作者:
    Fengyou Wang
Iodine-assisted antisolvent engineering for stable perovskite solar cells with efficiency >21.3 %
碘辅助%20反溶剂%20工程%20for%20稳定%20钙钛矿%20太阳能%20细胞%20with%20效率%20>21.3%20%
  • DOI:
    https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104224
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nano Energy
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Wang Fengyou;Yang Meifang;Yang Shuo;Qu Xin;Yang Lili;Fan Lin;Yang Jinghai;Rosei Federico
  • 通讯作者:
    Rosei Federico
Upgraded antisolvent engineering enables 2D@3D quasi core-shell perovskite for achieving stable and 21.6% efficiency solar cells
升级%20antisolvent%20engineering%20enables%202D@3D%20quasi%20core-shell%20perovskite%20for%20achieving%20stable%20and%2021.6%%20efficiency%20solar%20cells
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2021.03.034
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Wang Fengyou;Du Jinyue;Zhang Yuhong;Yang Meifang;Han Donglai;Yang Lili;Fan Lin;Sui Yingrui;Sun Yunfei;Yang Jinghai
  • 通讯作者:
    Yang Jinghai

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其他文献

Insights into the role of the interface defects density and the bandgap of the back surface field for efficient p-type silicon heterojunction solar cells
深入了解界面缺陷密度和背面场带隙对高效 p 型硅异质结太阳能电池的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    王奉友;郜艳波;庞振宇;杨丽丽;杨景海
  • 通讯作者:
    杨景海
硅微纳复合陷光结构的制备及在异质结太阳电池中的应用研究
  • DOI:
    10.16862/j.cnki.issn1674-3873.2017.04.009
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    吉林师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王奉友;郜艳波;庞振宇;杨景海
  • 通讯作者:
    杨景海
N型氢化纳米晶硅氧薄膜的制备及其光电特性的研究
  • DOI:
    10.13877/j.cnki.cn22-1284.2017.10.013
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    通化师范学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王奉友;郜艳波;杨景海
  • 通讯作者:
    杨景海
多孔Pb基前驱体的构建对钙钛矿薄膜质量及光伏性能的影响研究
  • DOI:
    10.16862/j.cnki.issn1674-3873.2019.01.006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    吉林师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范琳;王鹏飞;杨景海;王奉友;杨梅芳;张玉红;庞振宇;孙岩森
  • 通讯作者:
    孙岩森
Anti-solvent surface engineering via diethyl ether to enhance the photovoltaic conversion efficiency of perovskite solar cells to 18.76%
反溶剂%20表面%20工程%20via%20二乙%20醚%20to%20enhance%20the%20光伏%20conversion%20efficiency%20of%20钙钛矿%20solar%20cells%20to%2018.76%
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Superlattices and Microstructures
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郜艳波;杨丽丽;王奉友;隋瑛锐;孙云飞;魏茂彬;曹健;刘惠莲
  • 通讯作者:
    刘惠莲

其他文献

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王奉友的其他基金

径向结2D钙钛矿太阳电池的电极微结构设计及光伏性能研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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