能源化学器件中界面势垒的高分辨原位工况研究

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AI项目解读

基本信息

  • 项目参与者:
    陈曦; 唐峰; 赖君奇; 程振杰; 金锋; 禇艳丽;
  • 关键词:

项目摘要

The interfacial energy barrier of energy chemical devices usually refers to the energy level difference that the carriers need to overcome when they across the interface. It is one of the most important factors that determines the elementary charge dynamics processes, such as dissociation, injection, transport and recombination etc. The complex interface properties of typical energy chemical devices will render the interfacial energy barrier to deviate from the original design significantly, and thus governs the energy transfer, storage, transmission and utilization. Much of the recent work focuses on interfacial layer design, which is very effective on tuning interfacial energy barrier. However, it still lacks of high-resolution imaging technique to visualize the spatial-variation and time-evolution of interfacial energy barrier, especially for operando device. In this proposal, we plan to apply the ultrahigh vacuum scanning optoelectronic probe system to in-operando visualization of device energy band alignment with high resolution better than 5 nm via in-situ cross-section preparation and tip oscillation control. We will investigate the correlation between interfacial energy barrier and properties of interfacial layer, e.g. nanostructure morphology, energy state, molecular orientation etc., typically in organic photovoltaic devices, organic photodetectors, quantum dots light-emitting diodes. In addition, more electrical and spectroscopy methods will be combined to understand the improvement in charge carrier transport and device performance by optimization of interfacial energy barrier. The proposal could contribute significantly for materials and interface design, and breakthrough device performance bottleneck.
能源化学器件的界面势垒通常指代载流子跨越界面所需克服的能级差,是载流子在界面拆分、注入和复合等过程的决定因素。然而典型器件中丰富的界面现象导致界面势垒大幅偏离预设,显著影响能源转化、存储、传输和利用。目前的研究热点在于优化设计界面修饰层可控调节界面势垒,但尚缺乏高分辨原位工况成像技术研究界面势垒随空间和时间的演化。申请人提出使用超高真空扫描光电探针系统,通过真空原位横切制样和针尖振荡动力学控制,实现器件原位工况下界面能级高分辨(优于5 nm)动态成像。申请人将通过调控界面修饰层材料特性,如微区形貌、电子能态、分子取向等,研究有机光伏器件、有机光探测器、量子点发光二极管等原型器件中界面修饰层对界面势垒的调控规律,并结合多种电学、谱学技术验证载流子传输和器件性能随界面势垒的变化行为,为材料和界面设计提供判据,推动能源的高效利用。

结项摘要

界面势垒是载流子跨越界面所需克服的能级差,显著影响能源转化过程中载流子的拆分、注入和复合等动力学过程,进而决定能量转化效率。界面偶极所引起的电势突变能够显著调控界面势垒和载流子传输,成为能源转化器件中广泛采用的界面调控策略之一。然而,丰富的界面效应常导致界面偶极强度偏离预设,界面势垒调控效果不如预期。本项目通过利用前期发展的定量高分辨横截面开尔文探针显微镜,实现器件工况下界面偶极对界面势垒调控效果的准确测量。进一步地,结合分子尺度的第一性原理计算,介观尺度的光谱和宏观尺度的半导体器件测试等技术手段,证实界面偶极强度不仅取决于分子电偶极矩,而且受到界面分子的排列取向,聚集情况等的显著影响。基于界面分子结构与界面偶极强度之间构效关系的准确理解,为界面偶极分子设计提供判据,从而优化界面势垒,突破能源转化效率瓶颈。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Ultra-high open-circuit voltage of tin perovskite solar cells via an electron transporting layer design
通过电子传输层设计实现锡钙钛矿太阳能电池的超高开路电压
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-15078-2
  • 发表时间:
    2020-03-06
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Jiang, Xianyuan;Wang, Fei;Ning, Zhijun
  • 通讯作者:
    Ning, Zhijun
Quantitative amplitude-modulation scanning Kelvin probe microscopy via the second eigenmode excitation
通过第二本征模式激发的定量调幅扫描开尔文探针显微镜
  • DOI:
    10.1016/j.ultramic.2021.113399
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Ultramicroscopy
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Lai Junqi;Wang Cheng;Xing Zhiwei;Lu Shulong;Chen Qi;Chen Liwei
  • 通讯作者:
    Chen Liwei
Interfacial Dipole in Organic and Perovskite Solar Cells
有机和钙钛矿太阳能电池中的界面偶极子
  • DOI:
    10.1021/jacs.0c07439
  • 发表时间:
    2020-10-28
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Chen, Qi;Wang, Cheng;Chen, Liwei
  • 通讯作者:
    Chen, Liwei
Direct observation of contact potential distributions of wafer-bonded p-GaAs/n-GaN and p-GaAs/n-Si by scanning Kelvin probe force microscopy
通过扫描开尔文探针力显微镜直接观察晶圆键合的 p-GaAs/n-GaN 和 p-GaAs/n-Si 的接触电位分布
  • DOI:
    10.35848/1347-4065/abc02a
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Japanese Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Zhiwei Xing;Wenxian Yang;Yukun Zhao;Junhua Long;Xuefei Li;Pan Dai;Junqi Lai;Qi Chen;Lifeng Bian;Shiro Uchida;Shulong Lu
  • 通讯作者:
    Shulong Lu
Quantitative measurement of the charge carrier concentration using dielectric force microscopy
使用介电力显微镜定量测量载流子浓度
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/aca7e6
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Junqi Lai;Bowen Chen;Zhiwei Xing;Xuefei Li;Shulong Lu;Qi Chen;Qi Chen
  • 通讯作者:
    Qi Chen

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其他文献

基于田字格变换的自监督汉字字体生成
  • DOI:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王明文
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李海锋;陈琪
  • 通讯作者:
    陈琪
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  • 通讯作者:
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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]
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          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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