表面等离子共振(SPR)效应提高和拓宽钙钛矿太阳能电池量子效率及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872161
  • 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:
    E0208.无机非金属能量转换与存储材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

One of the key issues hindering the further enhancement of power conversion efficiency (PCE) of organ-inorganic perovskite solar cell is its low value (<90%) and narrow spectral response range (300-780 nm) of quantum efficiency (QE) with in the perovskite layer intrinsic optical absorption range. In this Project, we proposed to use the optical couplings between the surface plasmon resonance (SPR) of metallic nanostructures and solar irradiation or photocarriers of perovskite cell to improve the PCE. First, after a theoretical simulation and designing, we will synthesize metal nanostructures including Au, Ag, and Au/Ag heterostructure with different sizes and shapes to achieve highly tunable SPR peaks, which will cover the wide range from 300 nm to 1100 nm. With the far-field scattering mechanism and near-field enhancement feature of metal particle’s SPR effect, the solar cell QE value within the whole perovskite film absorption spectral range will be improved by increasing the light trapping ability. With SPR in the near IR region (780-1100nm) of Au/Ag heterostructure with big length/diameter ratio, the mechanism of broadening the corresponding range of QE spectrum with photon energy lower than the bandgap of perovskite by plasma induced resonance electron tunneling (PIRET) will be investigated with fs-transient absorption (TAS) spectrum. The project is expected to thoroughly clarify the physical mechanism that can overcome the S-Q efficiency limit of solar cell through light-trapping and/or PIRET of SPR effect. Finally, the relationship between the PCE enhancement of perovskite solar cell and the SPR effect of Au/Ag nanostructures will be eventually revealed providing theoretical guidance and material foundation for the development of high efficient perovskite solar cells.
甲胺铅典钙钛矿电池本征吸收范围内量子效率较低(QE<90%),且光谱响应范围较窄(<780nm),是制约进一步提升电池效率的关键瓶颈之一。本项目拟借助金属颗粒表面等离子共振(SPR)效应与入射光生载流子的耦合作用,提高和拓宽钙钛矿电池的QE,进而提高其效率。首先设计并可控合成SPR峰位可调(300-1100nm)的Au、Ag及其异质纳米结构;利用SPR的光捕获机制(包括远场散射和近场增强),提高钙钛矿材料光吸收能力,进而提升电池本征区域QE值;利用大长径比异质纳米结构近红外区域(780-1000nm)的SPR效应,借助飞秒超快光谱技术,探讨通过等离子体诱导共振遂穿(PIRET)拓宽QE光谱响应范围机理。该项目有望彻底澄清SPR效应的光捕获与PIRET在突破太阳能电池S-Q效率极限方面的物理机制,最终揭示SPR与钙钛矿电池QE之间的内在联系,为发展高效钙钛矿电池提供理论指导和材料基础。

结项摘要

本项目针对有机无机杂化钙钛矿和纯无机钙钛矿晶体及薄膜两类典型半导体材料,利用经典的半导体掺杂理论,阐释了施主、受主掺杂对其光电物理性质的影响;针对无机钙钛矿量子点的发光特性,着重讨论了其尺寸依赖效应及量子尺寸效应。利用表面钝化及界面应力外延工程,实现了结构稳定的有机无机杂化钙钛矿和纯无机钙钛矿薄膜制备,为光电器件应用打下了基础。利用典型金属纳米颗粒的SPR效应,将纯MAPbI3有机无机杂化钙钛矿电池效率提升至19%以上,最高填充因子超过83%。本项目突破了钙钛矿半导体材料掺杂和结构稳定性难题,为各类光电探测器件的应用提供了关键基础验材料。..在项目执行期间,累计发表SCI论文25篇,获授权专利2项,获得厅级科学技术奖励1项,培养硕士研究生7人,博士研究生3人。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Stable CsPbX3 mixed halide alloyed epitaxial films prepared by pulsed laser deposition
脉冲激光沉积制备稳定的CsPbX3混合卤化物合金外延薄膜
  • DOI:
    10.1063/5.0081955
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Appl. Phys. Letts. (American Institute of Physics)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yu Zhou;Beilei Yuan;Haoming Wei;Fan Xu;Yujiao Li;Xin Chen;Bingqiang Cao
  • 通讯作者:
    Bingqiang Cao
Improving the performances of CsPbBr3solar cells fabricated in ambient condition
提高环境条件下制造的 CsPbBr3 太阳能电池的性能
  • DOI:
    10.1007/s10854-020-04627-6
  • 发表时间:
    2020-10-16
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yuan, Beilei;Li, Ning;Cao, Bingqiang
  • 通讯作者:
    Cao, Bingqiang
Large-area CsPbBr3 perovskite films grown with effective one-step RF-magnetron sputtering
采用有效的一步射频磁控溅射法生长大面积 CsPbBr3 钙钛矿薄膜
  • DOI:
    10.1063/5.0050810
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    J. Appl. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Fan Xu;Yujiao Li;Beilei Yuan;Yongzheng Zhang;Haoming Wei;Yangqing Wu;Bingqiang Cao
  • 通讯作者:
    Bingqiang Cao
Guanidinium cation passivated Pb-Cu alloyed perovskite for efficient low-toxicity solar cells
用于高效低毒太阳能电池的胍阳离子钝化Pb-Cu合金钙钛矿
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.150778
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yu Huanqin;Liu Ting;Li Chen;Yuan Beilei;Jia Jinbiao;Cao Bingqiang
  • 通讯作者:
    Cao Bingqiang
CsPbX3 Perovskite Nanocrystals with Varying Morphologies for Light-Emitting Devices: A Noninjection Synthesis Approach
  • DOI:
    10.1021/acsanm.2c03101
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    ACS Applied Nano Materials
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Xiaobo Kong;Huanqin Yu;Fan Xu;Lijuan Liu;Yangqing Wu;Bingqiang Cao
  • 通讯作者:
    Bingqiang Cao

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其他文献

氧化锌纳米棒形貌对ZnO/Cu_2O异质结太阳能电池光伏性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Journal of Inorganic Materials
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    魏浩铭;陈令;巩海波;曹丙强
  • 通讯作者:
    曹丙强
生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    《物理学报》Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨晓朋;邱智文;自敏;曹丙强
  • 通讯作者:
    曹丙强
新一代钙钛矿太阳能电池的构筑与性能研究进展
  • DOI:
    10.13349/j.cnki.jdxbn.2015.01.012
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    济南大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹丙强;张子超;巩海波;邱智文;仇晓风;苑帅
  • 通讯作者:
    苑帅
Eu3+掺杂Lu3Al5O12球形荧光颗粒的合成及性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    李金凯;滕鑫;曹丙强;刘宗明
  • 通讯作者:
    刘宗明
极性补偿对LaMnO 3/LaNiO3超晶格交换偏置场强度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    魏浩铭;张颖;张宙;吴仰晴;曹丙强
  • 通讯作者:
    曹丙强

其他文献

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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]
          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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