包覆型银纳米结构对有机太阳能电池性能的优化研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61274056
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    81.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0403.半导体光电子器件与集成
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Organic solar cells (OSCs), as a clean and renewable energy, are very important for utilizing solar energy on a large scale and then supplying cheap electric energy. However, the poor efficiency of OSCs limits their application. Therefore, increasing photoelectric convertion efficiency(PCE) of OSCs has attracted a lot of attentions. A great many researches had indicated that noble metallic nanostructures incorporating into OSCs can enhance light absorption of active layer. But this technology also lead to queching of excitons and recombination of free charge carriers at metal/organic interface. These are very disadvantageous for improving the efficiency of OSCs. Therefore, in this project, silver-Teflon AF core-shell nanostructure and MoO3/silver/MoO3 samdwich nanostructure with concave-convex interface will be designed and prepared, and then incorporated into OSCs for avoiding exciton quenching and carrier recombination loss. The ultimate realization of these goals is to improve PCE of OSCs more efficiently. The excitation of surface plasmon polaritons and the near-field enhanced effect of the coated silver nanostructures will be investigated theoretically, and then the physical mechanism will be revealed. The coupling properties between the incidence light field and surface plasmon polaritons in the coated silver nanostructures will be probed. The regulative rules of multi-model surface plasmon polaritons leaded by composite coated silver nanostructures on light absorption of active layer will be established. The influence of the coated silver nanostructures on essential physics processes of OSCs, such as the generation and diffuse of excitons, the separation, transport and collection of charge carriers etc, will be investigated experimentally when they are incorpated into OSCs simultaneouly. The optical and electrical properties of OSCs should be optimized simultaneously. And then the larger improvement of OSCs performances will be expected. These investigations should be applied to develop high performance OSCs.
有机太阳能电池(OSCs)作为一种清洁可再生能源对大规模利用太阳能、提供廉价电能具有重要意义。但OSCs的效率低是制约其应用的关键因素之一。大量研究表明在OSCs中植入贵金属纳米结构有利于提高活性层的光吸收,但该技术在提高OSCs光吸收的同时,也导致了金属界面处载流子的复合损失、激子的淬灭损失,这对OSCs光电转化效率的提高是不利的。为此,本项目提出设计制备聚四氟乙烯包覆的银纳米核-壳结构及三氧化钼包覆的银纳米层状凹凸结构,将其同时植入OSCs中,使OSCs的光、电性能同时得到优化,实现其光电转化效率的显著提高。研究包覆型银纳米结构的表面等离子激元激发及局域场增强的物理机制,研究多模式表面等离子激元激发对活性层光吸收的调控规律;研究包覆型银金属纳米结构及其耦合作用对OSCs中激子的扩散与解离、载流子传输与收集行为的影响规律。本项目研究将为高效率OSCs的研发提供重要的科学依据。

结项摘要

主要研究内容:.(1)研究了包覆型银纳米结构的等离激元共振模式及光子模式的激发机制、耦合效应及其对活性层光吸收的调控规律,实现了电池光吸收效率的有效提高。.(2)研究了金属纳米颗粒引入到有机太阳能电池缓冲层或缓冲层与活性层界面处对电池中激子的产生、扩散与解离、载流子的传输与收集行为的影响,并对其中的物理机制进行了探索。.取得的重要研究结果及其科学意义:. (1)新技术方面:.发展了二氧化硅包覆型银纳米立方体提高电池PCE的新技术;发展了一种将具有大尺寸的二氧化硅包覆型纳米银球镶嵌于阳极缓冲层和活性层之间提高电池PCE的新技术;发展了一种将三种具有互补表面等离激元共振吸收的银纳米颗粒混合植入活性层底部提高电池PCE的新技术;提出了一种利用聚乙烯微球构筑具有随机分布的二维亚波长尺度的凹凸结构提高电池PCE的新技术。. (2)器件新结构设计方面:. 开展了表面等离激元增强电池光吸收的多项理论研究。设计了一系列结构新颖的金属纳米光栅结构,如超小周期和超大高宽比的银纳米墙光栅、介质包覆的梳状金属纳米光栅、介质/金属/介质核壳结构光栅等,引入OSC中,通过同时激发丰富的光子模式(腔模式和布洛赫模式)和表面等离激元共振模式等,实现了高效、宽谱、广角光吸收的提高。.(3)新现象、新机理方面:.发现金属纳米颗粒不仅作为表面等离激元共振基元提高了激子的产生率和解离率,而且作为界面层可改变阳极缓冲层PEDOT:PSS的表面能,进而促进了活性层的垂直相分离,从而提高了载流子的传输和收集效率;发现了二氧化硅包覆层不仅能减少激子的淬灭和载流子的复合损失,还有利于提高光散射,进而提高活性层的光吸收;发现了二氧化硅包覆层改变了银立方纳米颗粒的LSP边共振相位。.上述研究成果丰富了表面等离激元共振理论,对金属纳米结构提高OSC光电转化效率的机理有了全面的认识和理解。本项目研究将为高效OSC的研发提供科学依据和理论指导。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Improved light outcoupling of organic light-emitting diodes by randomly embossed nanostructure
通过随机压花纳米结构改善有机发光二极管的光输出耦合
  • DOI:
    10.1016/j.synthmet.2015.01.025
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Synthetic Metals
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Yuanli Zhu;Yuying Hao;Shuqing Yuan;Fan Zhang;Yanqin Miao;Yanxia Cui;Zhanfeng Li;Hua Wang;Bingshe Xu
  • 通讯作者:
    Bingshe Xu
Efficient Light Absorption in Organic Solar Cells Based on Two-Dimensional Arrayed Dielectric Nanospheres
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  • DOI:
    10.1109/jphot.2016.2609145
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    Ieee Photonics Journal
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Hao, Yuying;Cui, Yanxia;Ji, Ting;Zhu, Furong
  • 通讯作者:
    Zhu, Furong
Effective medium analysis of absorption enhancement in short-pitch metal grating incorporated organic solar cells
短节距金属光栅有机太阳能电池吸收增强的有效介质分析
  • DOI:
    10.1364/oe.24.0a1408
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhang Ye;Cui Yanxia;Wang Wenyan;Fung Kin Hung;Ji Ting;Hao Yuying;Zhu Furong
  • 通讯作者:
    Zhu Furong
Beam Collimation Using an Anisotropic Metamaterial Slab Without Any Nanometer-Sized Aperture
使用不带任何纳米尺寸孔径的各向异性超材料板进行光束准直
  • DOI:
    10.1007/s11468-015-0112-2
  • 发表时间:
    2015-05
  • 期刊:
    Plasmonics
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Zhang, Feng;He, Sailing;Hao, Yuying;Zhu, Furong
  • 通讯作者:
    Zhu, Furong
High-efficiency, broad-band and wide-angle optical absorption in ultra-thin organic photovoltaic devices
超薄有机光伏器件的高效、宽带、广角光吸收
  • DOI:
    10.1364/oe.22.00a376
  • 发表时间:
    2014-03-10
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wang, Wenyan;Hao, Yuying;Huang, Wei
  • 通讯作者:
    Huang, Wei

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  • 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

        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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