聚合物太阳能电池中双面微纳陷光结构的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61605224
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Light trapping is one of the most important approaches to improve the power conversion efficiency of solar cells. Compare with the silicon-based solar cells, the design and application of light trapping structures are highly challenging due to the thinner active layer in polymer solar cells. Considering the different features between interior and exterior of solar cells, this project will prepare the dual-sided micro- and nano- combined structures based on sol-gel method assisted by nano-imprinting technique, by which the effects of the structures on light coupling, propagation and carrier transport are investigated. The studied micro- and nano- combined structures outside the solar cells have large feature size for antireflection and light trapping, giving rise to enhance light transmission and change light propagation preliminarily. Inside the solar cells, the small feature sized structure might have influences on light field distribution in organic functional layer, which will be studied by the theoretically simulated calculation. And it will be studied that the effects of the interior structure on the carrier transport and collection in organic functional layers. This project will benefit the understanding of opto-electric combined process of polymer solar cells. The efforts will made on further improvement of conversion efficiency of polymer solar cells by exploring the “electrically thin” and “optically thick” light trapping structure. With the enhancement of the device power conversion efficiency, light trapping technology becomes an important approach to further improve the performance of those existed high efficiency polymer solar cells. This project will investigate the antireflection and light trapping effect of micro- and nano- combined structures with large scale to the incident light from the outside of the cell. The light in-coupling of the device enhanced as well as the propagation direction of incident light changed. Further, the light field distribution in organic functional layers affected by the inside micro- and nano- combined structures will be investigated by the theoretical simulated calculation, and we explained the carrier transportation and collection regulated by the organic functional layers with the transferred morphology from inside light trapping structures. This project demonstrates a new way to further recognize the physics between the light and electric transportation property in polymer solar cells, and realizes the light management technique used in the light trapping of polymer solar cells. Besides, this project provides a more comprehensive guidance to explore “Electronically thin” and “Optically thick” light trapping structures in polymer solar cells. This study might inspire a novel strategy for optical loss suppression and high efficient light harvesting in active layer in polymer solar cells, which would be of a great significance for light management research in polymer solar cells.
陷光结构在太阳电池领域是提高转换效率的重要手段,与硅基太阳电池相比,聚合物电池中活性层更薄,使陷光结构的设计与应用面临更大的挑战。针对电池外部和内部的不同特点,本项目将研究基于溶胶凝胶法结合纳米压印制备的双面微纳陷光结构对电池中入射光耦合、传播与电荷传输的作用。所研究的电池外部的微纳结构具有较大尺寸,对入射光进行减反与陷光,使电池初步获得增透效应并改变入射光的传播方向;聚合物电池内部的微纳结构尺寸较小,结合理论模拟计算研究光经过小尺寸微纳陷光结构后活性层中的光场强度分布,并从实验上阐明该结构对有机功能层中载流子传输的影响。通过上述研究,深入了解聚合物太阳电池中光、电传输特性相互制约的物理过程,探索通过 “电学薄”和“光学厚”的陷光结构,进一步提升聚合物太阳电池转换效率。该研究有望为聚合物太阳电池中的光损耗抑制以及活性层的高效光利用提供新的研究思路,对聚合物太阳电池的光管理研究具有重要意义。

结项摘要

陷光结构在太阳能电池领域是提高转换效率的重要手段,与硅基太阳电池相比,有机太阳电池中活性层更薄,使陷光结构的设计与应用面临更大的挑战。针对聚合物电池结构特点,本项目基于溶胶凝胶法结合纳米压印技术制备了单级、多级金字塔及娥眼结构的微纳陷光复合结构,研究了它们对电池入射光的耦合与传播作用。所研究的微纳结构尺寸在2-3 um之间,在可见光波段的平均透过高达97.7%,雾度超过99.0%,使电池获得增透效应并改变入射光的传播方向,实现对入射光的有效减反与陷光作用。通过COMSOL多物理场仿真模拟计算,证明了光经过微纳陷光结构进入电池后,电场能量密度增强。结合器件制备及光伏特性研究结果得出,三种微纳结构复合形式下,电池的光电流转换提升明显,电流密度相对提升高达7.15%,对应的光电转换效率相对提升为6.87%。通过上述研究,对聚合物太阳电池中光、电传输特性相互制约的物理过程有了深入认识,阐明了陷光结构对实现聚合物太阳电池 “电学薄” 和“光学厚”的作用机理。本项目研究有望为聚合物太阳电池中的光损耗抑制以及活性层的高效光利用提供新的研究思路,对聚合物太阳电池的光管理研究具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Silver ants-inspired flexible photonic architectures with improved transparency and heat radiation for photovoltaic devices
受银蚂蚁启发的柔性光子架构,可提高光伏设备的透明度和热辐射
  • DOI:
    10.1016/j.solmat.2019.110135
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Lin Shenghua;Ai Ling;Zhang Jing;Bu Tongle;Li Hongjiang;Huang Fuzhi;Zhang Jun;Lu Yuehui;Song Weijie
  • 通讯作者:
    Song Weijie
Hollow silica nanosphere/polyimide composite films for enhanced transparency and atomic oxygen resistance
中空二氧化硅纳米球/聚酰亚胺复合薄膜,增强透明度和原子氧耐受性
  • DOI:
    10.1016/j.matchemphys.2018.10.022
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Materials Chemistry and Physics
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhang Jing;Ai Ling;Li Xiao;Zhang Xianpeng;Lu Yuehui;Chen Guofei;Fang Xingzhong;Dai Ning;Tan Runqin;Song Weijie
  • 通讯作者:
    Song Weijie
A Universal Route to Realize Radiative Cooling and Light Management in Photovoltaic Modules
实现光伏组件辐射冷却和光管理的通用途径
  • DOI:
    10.1002/solr.201700084
  • 发表时间:
    2017-10-01
  • 期刊:
    SOLAR RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Lu, Yuehui;Chen, Zhicheng;Song, Weijie
  • 通讯作者:
    Song, Weijie
Preparation of humidity, abrasion, and dust resistant antireSection coatings for photovoltaic modules via dual precursor modiRcation and hybridization of hollow silica nanospheres
通过中空二氧化硅纳米球的双前驱体改性和杂化制备用于光伏组件的防潮、耐磨和防尘抗反射涂层
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Solar Energy Materials and Solar Cells
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    张景;艾玲;林昇华;兰品君;鲁越晖;戴宁;谭瑞琴;Bin Fan;宋伟杰
  • 通讯作者:
    宋伟杰
透明防雾材料
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    化学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李啸;艾玲;张景;张贤鹏;鲁越晖;宋伟杰
  • 通讯作者:
    宋伟杰

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其他文献

高效率有机太阳能电池的界面工程研究
  • DOI:
    10.14028/j.cnki.1003-3726.2017.02.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高分子通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘志洋;彭瑞祥;艾玲;欧阳新华;葛子义
  • 通讯作者:
    葛子义

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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