多重激子效应钙钛矿结构CsSnI量子点的设计与性能调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51774034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0413.粉末冶金与粉体工程
  • 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

Quantum dots with multiple excitons generation (MEG) can generate multiple charge pairs under excitation of the single photon, which will break through the theoretical limitation of photovoltaic-conversion of traditional semiconductors. So quantum dots possesses a great potential application prospect in the field of photoelectric materials. But previous works showed that quantum dots produced MEG only when incident optical wavelength was less than 400 nm. Quantum dots could not produce MEG when incident optical wavelength was above 400 nm. Therefore, the performance of quantum dot devices is much lower than that of theoretical value. Our works revealed that the quantum dots with graded distribution of energy band gap (Eg) would produce MEG in wide wavelength region (~800 nm) through multiband photon coupling. However, the traditional binary quantum dots cannot get highly efficient MEG by adjusting their structure. Here, we propose an idea of multicomponent perovskite structured CsSnI quantum dot to solve the questions above. Rb and Br will be introduced in the perovskite structure to replace Cs and I, respectively, due to similar tolerance factor, which increases the electronic excitation of quantum dots. The graded Eg and multistage MEG threshold energy will be formed by adjusting atomic ratio, thereby effectively utilizing the multiband photon coupling to produce highly efficient MEG in wide wavelength region. In order to realize the idea, we will focus on the research: controlled microwave synthesis and mechanism of quantum dots; the relationship among atomic ratio, energy band structure and MEG threshold energy; dynamics of constraint and transition of photo-generation excitons.
具有多重激子效应(MEG)的量子点在单一光子激发下产生多个电荷对,可以突破半导体光电转换的理论极限,展现出巨大的应用潜力。但研究显示,量子点只有入射光波长<400nm才产生MEG,波长>400nm则无法实现MEG,这是其器件性能远低于理论值的重要原因。我们的研究表明,能带宽度(Eg)呈梯度分布的量子点可以利用多波段光子耦合作用,在宽波(~800nm)区形成MEG。但传统二元量子点难以通过调控结构获得高效MEG,为此,本项目提出多组元钙钛矿结构CsSnI量子点的思想来解决这一问题:引入容差因子相近的Rb、Br部分取代Cs和I,在多原子竞争下,提高电子激发活性,再通过调控原子比例,形成梯度分布的Eg和多级态MEG阀值,进而有效利用多波段光子耦合作用,产生宽波区多级MEG。为实现该思想将重点研究:量子点微波可控合成与机理;原子比例与能带结构、MEG阀值间的联系;光生激子束缚与跃迁的动力学过程等。

结项摘要

本项目构建了多组元钙钛矿结构量子点,引入多种离子掺杂,通过调控原子比例,形成梯度分布的Eg和多级态MEG阀值,进而有效利用多波段光子耦合作用,产生宽波区多级MEG。本研究解释了钙钛矿结构量子点原子组成、能带结构和激子效率间的内在关系,解析多元量子点光生激子产生、分离和传输的超快动力学过程,揭示多级 MEG产生机制和热力学条件;通过调控原子比例和优化合成工艺,获得具有Eg梯度分布和多波段光子耦合效的量子点,最终建立一种高量子产率、宽波区多级MEG钙钛矿量子点合成技术。.在该项目资助下发表SCI学术论文49篇,其中影响因子超过10的20多篇,ESI高被引论文4篇。申请国家发明专利6项、实用新型专利1项,授权发明专利4项、实用新型专利1项。受邀参加了17个国内外学术会议,并做邀请报告。受邀赴瑞典隆德大学化学物理系、瑞典林雪萍大学、斯洛伐克科学院物理研究所和香港城市大学光子研究中心等做学术报告。项目资助下,培养了硕士、博士研究生12人,其中2人获得北京科技大学优秀博士学位论文。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
High-Voltage-Efficiency Inorganic Perovskite Solar Cells in a Wide Solution-Processing Window
宽溶液加工窗口中的高电压效率无机钙钛矿太阳能电池
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.8b01553
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Zhang Linxing;Li Bo;Yuan Jifeng;Wang Mengru;Shen Ting;Huang Fei;Wen Wen;Cao Guozhong;Tian Jianjun;Cao Guozhong;Tian JJ
  • 通讯作者:
    Tian JJ
CuInSe2 Quantum Dots Hybrid Hole Transfer Layer for Halide Perovskite Photodetectors
用于卤化物钙钛矿光电探测器的 CuInSe2 量子点混合空穴传输层
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b13777
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Guo Ruiqi;Huang Fei;Zheng Kaibo;Pullerits Tonu;Tian Jianjun
  • 通讯作者:
    Tian Jianjun
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  • DOI:
    10.1002/solr.201800188
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Solar RRL
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Yuan Jifeng;Zhang Linxing;Bi Chenghao;Wang Mengru;Tian Jianjun
  • 通讯作者:
    Tian Jianjun
Surface Engineering of Quantum Dots for Remarkably High Detectivity Photodetectors
用于极高探测率光电探测器的量子点表面工程
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.8b01255
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Shen Ting;Li Bo;Zheng Kaibo;Pullerits Tonu;Cao Guozhong;Tian Jianjun
  • 通讯作者:
    Tian Jianjun
Repairing Defects of Halide Perovskite Films To Enhance Photovoltaic Performance
修复卤化物钙钛矿薄膜的缺陷以增强光伏性能
  • DOI:
    10.1021/acsami.8b12760
  • 发表时间:
    2018-10-31
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Wang, Mengru;Li, Bo;Tian, Jianjun
  • 通讯作者:
    Tian, Jianjun

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AI项目解读示例

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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