钙钛矿太阳能电池理论研究:界面结构、性质与调控

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基本信息

  • 批准号:
    11764027
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    34.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 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

For the interfaces in peroviskite solar cell, theoretical investigation is behind the experimental research and development on them. We will establish relatively sophisticated interfacial micro-models for peroviskite solar cell and reveal the micro-mechanism of photoelectric properties affected by the interfaces (structures and properties). We will use the first principles calculation aided by device simulation to systematically study the local lattice structures and photoelectronic properties of the interfaces located in electron transfer material | CH3NH3PbI3 light-absorbing layer | hole transfer material | metal electrode at electronic, atomistic and device levels. For the local lattice structures, lattice direction match, lattice mismatch, chemical composition in the adjacent layers, bond lengths, bond angles and lattice defects will be considered. For the photoelectric properties, complex dielectric function, absorption coefficient, energy band alignment, interface states and their densities, work function and potential barriers will be calculated. The effects of energy band alignment, height of potential barrier and quantity of density of states are focused for the cell’s performance (open-circuit voltage, short-circuit current, fill factor and photoelectric conversion efficiency). Then more potential manipulation measures for the interfaces will be proposed basing on the previous experimental manipulation methods. The aim of this research is to construct the interface models, to deeply understand the relationship among the local lattice structures of the interfaces, interface properties and perovskite solar cell’s performances. As theoretical guides, quantitative results at multi-scale will be helpful to design chemical components of the cell’s materials and those at the interfaces, to modify the interface structures, to manipulate the interface properties, to take the advantage of so called interface engineering and then to improve the cell’s performances.
钙钛矿太阳能电池界面理论研究滞后于实验研发。拟为该电池建立相对完备的界面微观模型并探讨界面结构和性质对电池性能的影响机理:采用第一性原理计算辅以器件模拟方法在电子、原子和器件三种结构层次上系统研究电子传输层|CH3NH3PbI3光吸收层|空穴传输层|金属电极各界面的局域晶格结构(晶向匹配、晶格失配、紧邻层成分、键长、键角及晶格缺陷等)和光电性质(复介电常数、吸收系数、能带匹配、界面态及其密度、功函数和势垒等)。重点探究界面能带匹配、势垒和态密度对电池性能(开路电压、短路电流、填充因子和光电转换效率)的影响规律,在已有实验界面调控方法基础上寻求更多可能的界面调控措施。目的是用多层次结构的定量数据建立该电池的界面模型,深刻理解界面局域结构-性质-电池性能的相关关系,为设计电池(界面)化学成分、修饰界面结构、调控界面性质、发挥所谓“界面工程”的作用提供参考,为提高电池性能提供理论引导和帮助。

结项摘要

按项目原定计划,完成了有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI3)典型界面电学性能的研究,纯无机钙钛矿(CsPbI3)界面电学性能研究和钙钛矿太阳能电池器件模拟工作,重要结论摘要如下:1)通过对SnO2(110)/MAPbI3(100),MAPbI3(100)|NiO(110)MAPbI3|Au和MAPbI3|WZ-ZnO界面的晶格结构和光电性质研究,除了MAPbI3|Au界面处没有出现新的界面态外,其他界面处费米能级附近都出现了界面态,界面态的主要来源于I原子的5p轨道,O原子的2p轨道,Pb的6s和6p轨道; 2)通过对PCBM吸附MAPbI3表面和苯乙铵(PEA+)钝化MAPbI3(110)表面稳定性及其光电性质研究,发现PCBM的吸附增强了MAPbI3的光吸收系数,而PEA+作为钝化剂可以有效地减弱MAPbI3(110)表面上的电子态,MAPbI3(110)表面在费米能级处的峰值减小了约一半且带隙值明显减小;3)通过对MAPb1-xAgxI3的光电性质研究,发现当掺杂浓度达到5%时,很容易发现价带向高能级移动,费米能量进入价带,这表明 MAPb0.95Ag0.05I3具有p型导电行为;4)SnO2(110)/ CsPbI3(100)和SnO2(110)/ CsPbI2Br(100)界面的晶格结构和光电性质研究,发现界面在费米能级处存在由I-5p轨道和O-2p轨道组成的界面态;5)通过对 Mn掺杂CsPbI2Br晶体结构和光电性质研究,发现Mn取代掺杂CsPbI2Br时,Mn-3d轨道强烈局域在费米能级处而形成中间带,这意味着Mn取代掺杂CsPbI2Br将形成中间带半导体、拓宽光子吸收范围、提升光子吸收利用率;6)研究缺陷态对钙钛矿太阳能电池性能的影响,发现缺陷态密度对钙钛矿太阳电池性能的危害始终存在,缺陷态密度对钙钛矿太阳电池光电性能临界值为10^16 cm^-3。大于该值时,缺陷态密度对光电性能影响较大,小于该值时,缺陷态密度对光电性能影响不大。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
First-Principles Study of Electronic Properties of SnO2/CsPbI2Br Interface
SnO2/CsPbI2Br界面电子性质的第一性原理研究
  • DOI:
    10.1007/s11664-021-08743-9
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
    Journal of Electronic Materials
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Hu Wei;An Junpeng;Si Fengjuan;Xue Hongtao;Tang Fuling;Li Wensheng
  • 通讯作者:
    Li Wensheng
Passivation of PEA(+) to MAPbI(3) (110) surface states by first-principles calculations
通过第一性原理计算将 PEA( ) 钝化为 MAPbI(3) (110) 表面态
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/abccb7
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Hu Wei;Tian Ying;Xue Hong-Tao;Li Wen-Sheng;Tang Fu-Ling
  • 通讯作者:
    Tang Fu-Ling
Coupling effect and charge redistribution of cyclo[18]carbons and cyclocarbon oxides on NaCl surface
环[18]碳与环碳氧化物在NaCl表面的耦合效应及电荷再分布
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020-05-20
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF MODERN PHYSICS B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Liang, Zefen;He, Tianxiang;Fan, Ding
  • 通讯作者:
    Fan, Ding
Electronic properties of NiO (110)/CH3NH3PbI3 (100) interface from the first-principles calculations
第一性原理计算 NiO (110)/CH3NH3PbI3 (100) 界面的电子性质
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2018.07.047
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Si Fengjuan;Tang Fuling;Xue Hongtao
  • 通讯作者:
    Xue Hongtao
Electronic and optical properties of CH3NH3Pb1-xAgxI3 from the first-principles calculations
通过第一性原理计算得出 CH3NH3Pb1-xAgxI3 的电子和光学性质
  • DOI:
    10.1063/1.5022343
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Journal of Renewable and Sustainable Energy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Si Fengjuan;Tang Fuling;Xue Hongtao;Liu Jingbo Louise
  • 通讯作者:
    Liu Jingbo Louise

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其他文献

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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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    1
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    汤富领
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    梅军涛

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汤富领的其他基金

CuInGaSe2太阳能电池界面结构、界面态及其钝化
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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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