大剩余极化强度窄带隙无机钙钛矿铁电薄膜及铁电退极化场与P-N结内建电场协同增强激子分离型太阳能电池探究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11774082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 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

Although CuInS2 thin-film solar cells have high photo-generated current, their open-circuit voltage is low; The open-circuit voltage of ferroelectric photovoltaic devices is very high, but the short-circuit current is quite small. In this project, we plan to design [KbNO3]1-x [BaNi1/2Nb1/2O3-δ]x (KBNNO) based ferroelectric thin films with large remnant polarization and narrow band gap and introduce it into the P-N junction of CuInS2 solar cells to build thin-film solar cells involving ferroelectric depolarization and P-N junction built-in electric fields. The introduction of KBNNO ferroelectric thin film can increase visible-light-absorbing ability and the jointly function of both ferroelectric depolarization and P-N junction electric fields enhances greatly the separation of photo-generated exciton and carrier transport ability and thus high photovoltaic conversion efficiency is expected. The relationship of chemical composition with the band-gap, the position of valance band and conduction band of KBNNO are simulated, and the microcosmic nature of influencing the band gap is revealed; KBNNO thin film with suitable band-gap and high optical absorption coefficient is prepared by pulsed laser deposition technique and the quantitative relationships of the thickness, composition and the band-gap, optical absorption coefficient are constructed. The preparing technology of multilayer film and the compositions of KBNNO thin film are adjusted to obtain good matching between CuInS2/KBNNO and KBNNO/ZnO interfaces in crystal lattice and electronic band structures,and at last developing CuInS2/KBNNO/ZnO tandem solar cells with high photoelectric conversion efficiency.
CuInS2薄膜电池具有大的光生电流,开路电压却受限于其带隙;铁电光伏器件开路电压可很高,短路电流却很小。本项目拟设计出大剩余极化强度窄带隙的铌酸钾-铌镍酸(KBNNO)基铁电薄膜,并将其引入CuInS2电池P-N结中构筑新型铁电退极化场和P-N结内建电场协同增强型薄膜电池。KBNNO铁电层的插入可增加可见光子吸收,而两场叠加协同作用能增强光生激子分离和提高载流子输运,从而可望获得高光电转换效率。通过模拟成分与KBNNO禁带宽度、价带及导带能级间关系,揭示影响带隙的微观机制;采用脉冲激光沉积法制备带隙合适、剩余极化强度大的KBNNO薄膜,构建薄膜厚度、成分与带隙和吸光系数间定量关系。通过多层膜制备工艺控制和KBNNO薄膜组分调整,实现CuInS2/KBNNO和KBNNO/ZnO界面处薄膜晶格结构和电子能带结构的优化配置,最终制备出高光电转换效率CuInS2/KBNNO/ZnO级联电池。

结项摘要

传统p-n结太阳能电池具有大的光生电流,开路电压却受限于其带隙;铁电光伏器件开路电压可很高,短路电流却很小。因此,可以将铁电材料引入传统太阳能电池p-n结中利用铁电退极化电场和p-n结内建电场的协同作用促进光生载流子分离,从而实现传统p-n结太阳能电池效率的进一步提升。本项目设计出大剩余极化强度窄带隙的铌酸钾-铌镍酸(KBNNO)基铁电薄膜,系统研究了沉积氧压对其结构、成分、形貌、铁电性能和光学带隙等的影响。揭示了影响KBNNO薄膜带隙的内在因素,并构建出了禁带宽度与剩余极化强度与Ni含量的定量关系。通过传统固相法开发出KNN基大极化窄带隙铁电材料,研究了掺杂元素对其结构、形貌、铁电性能、光学性能及光伏性能的影响。构建出基于铁电/半导体异质结的光电器件,对异质结界面的微结构、电子能带结构进行了深入研究,阐明了铁电退极化场对器件光伏性能及光探性能的调控机制。设计并制备出基于铁电-CIGS化合物半导体的铁电退极化场与p-n结内建电场协同增强激子分离型太阳能电池,其认证光电转换效率达到13.86%,为新型高效太阳能电池的制备提供了新思路。为能进一步提高太阳能电池效率,我们还制备了几种常用太阳能电池窗口层材料ZnO,SnO2以及Ga2O3,并研究了它们的晶体结构和光学性能。成功实现了基于这些氧化物半导体薄膜的紫外光电探测器的制备,并对探测器的结构、光学、光电响应特性进行了研究。这些结果有望促进ZnO,SnO2以及Ga2O3在紫外光电探测器方面的实际应用。

项目成果

期刊论文数量(90)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(41)
A gold electrode modified with a gold-graphene oxide nanocomposite for non-enzymatic sensing of glucose at near-neutral pH values
用金-氧化石墨烯纳米复合材料修饰的金电极,用于在接近中性 pH 值下非酶促传感葡萄糖
  • DOI:
    10.1007/s00604-019-3796-8
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Microchimica Acta
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    He Chaohui;Wang Jiakai;Gao Nan;He Hanping;Zou Kailun;Ma Mingyu;Zhou Yang;Cai Zhiwei;Chang Gang;He Yunbin
  • 通讯作者:
    He Yunbin
Pulsed laser deposited Be Zn-x(1-x) O1-ySy quaternary alloy films: structure, composition, and band gap bowing
脉冲激光沉积 Be Zn-x(1-x) O1-ySy 四元合金薄膜:结构、成分和带隙弯曲
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2017.10.068
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zhang Wuzhong;Xu Maji;Zhang Mi;Cheng Hailing;Li Mingkai;Zhang Qingfeng;Lu Yinmei;Chen Jingwen;Chen Changqing;He Yunbin
  • 通讯作者:
    He Yunbin
Diamine tailored smooth and continuous perovskite single crystal with enhanced photoconductivity
二胺定制的光滑、连续的钙钛矿单晶,具有增强的光电导性
  • DOI:
    10.1039/d0tc04746e
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Yang Wantian;Hu Jiarui;Chen Jian;Xu Yaxin;Tong Guoliang;Fan Haotian;Chai Xingchen;Chen Junnian;He Yunbin
  • 通讯作者:
    He Yunbin
Multi-component ZnO alloys: bandgap engineering, hetero-structures, and optoelectronic devices
多组分 ZnO 合金:带隙工程、异质结构和光电器件
  • DOI:
    10.1016/j.mser.2021.100661
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Mater. Sci. Eng. R
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Teng;Li Mingkai;Chen Jian;Wang Yang;Miao Liangshuang;Lu Yinmei;He Yunbin
  • 通讯作者:
    He Yunbin
Graphene-templated synthesis of palladium nanoplates as novel electrocatalyst for direct methanol fuel cell
石墨烯模板合成钯纳米板作为直接甲醇燃料电池的新型电催化剂
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2018.10.050
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yang Hujiang;Geng Liang;Zhang Yuting;Chang Gang;Zhang Zaoli;Liu Xiong;Lei Ming;He Yunbin
  • 通讯作者:
    He Yunbin

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其他文献

Cd_xZn_(1-x)O合金热力学性质的第一性原理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    罗明海;黎明锴;朱家昆;黄忠兵;杨辉;何云斌
  • 通讯作者:
    何云斌
Highly Flexible and Bright Electroluminescent Devices Based on Ag Nanowire Electrodes and Top-Emission Structure
基于银纳米线电极和顶部发射结构的高度柔性和明亮的电致发光器件
  • DOI:
    doi:10.1002/aelm.201600535
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    梁国进;胡海波;廖蕾;何云斌;叶长辉
  • 通讯作者:
    叶长辉
LiBiO_2掺杂的低温烧结PSZT压电陶瓷
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    人工晶体学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘越彦;尚勋忠;孙锐;郭金明;周桃生;常钢;何云斌
  • 通讯作者:
    何云斌
PLD法在c面蓝宝石衬底上制备纤锌矿ZnS外延薄膜
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘攀克;刘越彦;黎明锴;何云斌
  • 通讯作者:
    何云斌
纳米CuInS2光伏材料研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭健勇;常钢;邓泽燕;尚勋忠;何云斌
  • 通讯作者:
    何云斌

其他文献

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何云斌的其他基金

新型IIIB族元素掺杂Ga2O3合金设计、带隙与氧空位缺陷调控及其灵敏快速日盲紫外光探测器研究
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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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