Cu2ZnSnS4(CZTS)/单晶TiO2纳米线阵列复合薄膜的制备及其光电性能研究

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基本信息

  • 批准号：
    51202112
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    陶海军
  • 依托单位：
    南京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2015-12-31

项目摘要

Based on high photoelectric charge transfer efficiency of single crystalline TiO2 nanowire arrays and low cost, non-toxic, high visible light absorption efficiency of Cu2ZnSnS4 (CZTS), CZTS sensitized TiO2 nano arrays solar cells are fabricated. Herein, CZTS/single crystalline TiO2 nanowire arrays are synthesized on the surface of the titanium foil by a two-step (hydrothermal/ solvothermal) method. Through the research on the process of solvothermal reaction, the heterojunction interface structure of CZTS/TiO2 and the photovoltaic properties of heterojunction, we reveal the in-situ growth behavior of CZTS in TiO2 nanowire arrays and present a photoelectric charge transfer mechanism of CZTS/TiO2 heterojunction. Otherwise, this study develops a new application field of CZTS, provides a new way to improve the photoelectric conversion efficiency of the inorganic materials sensitized solar cells, gives the theoretical basis and evidences for designing new solar cells' structures.
鉴于单晶TiO2纳米线阵列在光电荷传输上的高效性和Cu2ZnSnS4(CZTS)作为太阳光吸收材料的低成本、无毒和高吸收性，本项目采用水热/溶剂热－两步法在钛箔表面制备CZTS/单晶TiO2纳米线阵列复合薄膜，并以此为基础组装CZTS敏化TiO2有序纳米阵列太阳能电池。通过对溶剂热反应过程、CZTS/TiO2异质结界面结构、异质结光电性能的研究，揭示溶剂热条件下纳米空隙内CZTS的原位生长行为，提出CZTS/TiO2异质结界面处的光电荷传输机制。本项研究开拓了CZTS新的应用领域，为提高无机物敏化TiO2太阳能电池光电转换效率提供了新的途径，为设计新型太阳能电池结构提供了理论基础和依据。

结项摘要

本项基金在单晶TiO2纳米线阵列可控制备的基础上，构筑了TiO2绒状纳米线以增加比表面积和光散射，并通过溶剂热原位合成CZTS/TiO2（绒状）纳米线复合结构。与此同时，还制备了CZTS/TiO2纳米管阵列、CZTS/TrGO（巯基化石墨烯）/TiO2纳米颗粒、CZTS薄膜等多种复合结构，并充分探究了上述复合结构作为光阳极、敏化光阳极和对电极在DSSC中的应用，取得以下若干进展。（1）采用水热法成功在钛箔表面制备了单晶TiO2纳米线阵列，优化工艺后其组装的DSSC光电转换效率最高可达1.29%。（2）采用二步水热法成功在钛箔表面制备了TiO2绒状纳米线，其DSSC光电转换效率达到3.1%。（3）采用溶剂热法分别成功制备了CZTS/单晶TiO2纳米线阵列和CZTS/TiO2绒状纳米线复合结构，将其组装成DSSC后，CZTS/TiO2绒状纳米线敏化电池的光电转换效率明显高于CZTS/单晶TiO2纳米线阵列敏化电池，达到0.278%。（4）采用自组装的方式成功制备了TrGO修饰CZTS/TiO2纳米颗粒光阳极，由于TrGO对CZTS的吸附，导致产生更多的光生电子，同时其自身π环为光生电子提供快速的传输通道，降低了电子空穴的复合率，因此获得了较好的光电性能（Voc = 0.560 V，Jsc = 0.411 mA/cm2，η = 0.133%）。（5）采用溶剂热法成功在FTO表面原位制备了CZTS薄膜，将其作为对电极组装的DSSC光电转换效率最高可达5.65%；采用先电沉积铜锡金金属预制层后溶剂热法成功制备了CZTS对电极，其组装的DSSC效率最高可达7.09%；采用先电沉积铜锡金属预制层后溶剂热法成功制备了CTS4(Cu3SnS4)对电极，其组装的DSSC效率最高可达7.8%。此外，本项目还探究了钙钛矿太阳能电池的制备工艺和稳定性、钛及钛合金表面微纳二级结构在疏水、防冰方面的应用。

项目成果

期刊论文数量（25）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
Anti-icing Potential of Superhydrophobic T16Al4V Surfaces: Ice Nucleation and Growth
超疏水 T16Al4V 表面的防冰潜力：冰成核和生长
  • DOI：
    10.1021/acs.langmuir.5b02946
  • 发表时间：
    2015-10-06
  • 期刊：
    LANGMUIR
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Shen, Yizhou;Tao, Jie;Wang, Tao
  • 通讯作者：
    Wang, Tao
Approaching the theoretical contact time of a bouncing droplet on the rational macrostructured superhydrophobic surfaces
接近弹跳液滴在合理宏观结构超疏水表面上的理论接触时间
  • DOI：
    10.1063/1.4931095
  • 发表时间：
    2015-09-14
  • 期刊：
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Shen, Y.;Tao, J.;Wang, T.
  • 通讯作者：
    Wang, T.
Nanostructures in superhydrophobic Ti6Al4V hierarchical surfaces control wetting state transitions
超疏水 Ti6Al4V 分级表面中的纳米结构控制润湿状态转变
  • DOI：
    10.1039/c5sm00024f
  • 发表时间：
    2015-01-01
  • 期刊：
    SOFT MATTER
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Shen, Yizhou;Tao, Jie;Wang, Tao
  • 通讯作者：
    Wang, Tao
Facile synthesis of single crystalline sub-micron Cu2ZnSnS4 (CZTS) powders using solvothermal treatment
使用溶剂热处理轻松合成单晶亚微米 Cu2ZnSnS4 (CZTS) 粉末
  • DOI：
    10.1039/c4ra12815j
  • 发表时间：
    2015-01-01
  • 期刊：
    RSC ADVANCES
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Chen, Shanlong;Tao, Haijun;Wang, Tao
  • 通讯作者：
    Wang, Tao
Superhydrophobic Ti6Al4V surfaces with regular array patterns for anti-icing applications
具有规则阵列图案的超疏水 Ti6Al4V 表面，适用于防冰应用
  • DOI：
    10.1039/c5ra01365h
  • 发表时间：
    2015-04
  • 期刊：
    RSC Advances
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Tao, Haijun;Chen, Shanlong;Pan, Lei;Wang, Tao
  • 通讯作者：
    Wang, Tao

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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]
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