基于磁场调控Ni纳米薄带增强空穴收集的钙钛矿太阳电池研究

基本信息
批准号:61761016
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:38.00
负责人:王宁
学科分类:
依托单位:海南大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:楼晓鸣,胡磊,朱祥振,李人杰
关键词:
纳米带磁场空穴传递纳米器件制备光电器件
结项摘要

Perovskite solar cells have attracted significant research interests owing to their potential for low-cost fabrication, high power conversion efficiency and compatibility with flexible plastic substrates in recent years. A p-type organic small molecular, 2,2',7,7′-tetrakis (N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9′ spirobifluorene (spiro-OMeTAD) is usually used as hole-transport layer in perovskite solar cells. For the further improvement of photoelectric conversion efficiency, Li-bis(trifluoromethane)sulfonyimide and 4 tert-butyl pyridine are often added into spiro-OMeTAD, to improve conductivity and suppress the recombination of photoproduced electron-hole, respectively. However, such doping would induce corrosion and degradation of optical absorption layer with perovskite structure when exposed to moisture in the air, consequently decrease device stability. This project presents magnetic field control-based hole transport composite materials consisting of spiro-OMeTAD and Ni nanobelts. Ni nanobelts array with high orientation can act as highly efficient channels of hole-collecting owning to the matching energy band between the Ni nanobelts and spiro-OMeTAD. The hole transporting distance can be reduced,thus speeding up the process of transferring hole to Ni counter electrode. It is expected to obtain a novel solar cell with high conversion efficiency and long-term stability. This research is of great significance in science for understanding the charge transfer mechanism in perovskite solar cells.

由于成本低、转换效率高且能在柔性衬底集成等优势,近年来钙钛矿太阳能电池成为研究热点。p型有机小分子2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)常作为钙钛矿太阳能电池内部的空穴传输层。为了进一步提升光电转换效率,spiro-OMeTAD中常掺入双三氟甲烷磺酰亚胺锂和四叔丁基吡啶,分别起到提高电导率和抑制载流子复合的作用。然而,掺杂会促进钙钛矿光吸收层的腐蚀和吸湿降解,从而降低电池的稳定性。本项目提出一种基于磁场调控的spiro-OMeTAD/ Ni纳米薄带复合空穴传输材料。凭借Ni纳米薄带与spiro-OMeTAD的能带匹配及磁场调控取向,Ni纳米薄带阵列可以充当高效的空穴收集通道,缩短了空穴传输距离,进而加快传递到Ni背电极,有望增加效率的同时提升稳定性。这项研究对于认识钙钛矿太阳能电池内部电荷输运机制具有重要的科学意义。

项目摘要

经过十几年的研究发展,钙钛矿太阳电池的能量转换效率已从最初的3.8%迅猛提升到25.5%,成为第三代太阳电池中最有潜力的竞争者。然而,距离肖特基/奎塞尔理论极限(33%)仍有一定距离。实际上,电荷传输层与钙钛矿层间非平衡的电荷传输性能极大阻碍了电池性能的进一步提升。增强空穴输运性能显得尤为重要。本项目提出以镍纳米薄带作为空穴传输通道,有助于缩短空穴到达电极的传输距离,实现空穴的快速传递,减少电子空穴复合几率,提高能量转换效率。此外,光生空穴从钙钛矿层注入到空穴传输层的能力也是影响空穴收集的重要因素之一。研究发现在钙钛矿/空穴传输层界面存在大量的缺陷,成为光生电荷复合的“重灾区”,严重影响空穴在界面处的注入效率,这对器件效率及稳定性均会造成不利影响。为此,本项目研发了六种新型缺陷态钝化剂(氟化黑磷纳米薄片、交联硫辛酸、氟化石墨烯量子点、N,S共掺杂石墨烯量子点、辛基碘化铵、羟基氧化铁),开展多界面缺陷态钝化的研究工作。可获得如下优势:①有效减缓钙钛矿的晶化过程,获得均匀致密的大晶粒钙钛矿薄膜,提高成膜质量;②有效阻止离子迁移,减少在晶界和电荷传输界面处留下的空位缺陷态;③钝化剂可填补因化学配比失衡或离子迁移产生的空位,降低载流子被捕获的几率。经过系统优化设计,改善了器件的环境稳定性,进一步降低J-V滞回,显著提升能量转换效率,可达到22.06%。本项目的研究成果对于推动钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有重要的现实意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
3

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
4

吉林四平、榆树台地电场与长春台地磁场、分量应变的变化分析

吉林四平、榆树台地电场与长春台地磁场、分量应变的变化分析

DOI:10.14075/J.gg.2016.11.015
发表时间:2016
5

动物响应亚磁场的生化和分子机制

动物响应亚磁场的生化和分子机制

DOI:10.13488/j.smhx.20190284
发表时间:2019

王宁的其他基金

批准号:21706128
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61804096
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41272028
批准年份:2012
资助金额:85.00
项目类别:面上项目
批准号:31872346
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:71774021
批准年份:2017
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:41201367
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21807048
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81200475
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61605148
批准年份:2016
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:69774023
批准年份:1997
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:51607153
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50902007
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81573425
批准年份:2015
资助金额:53.00
项目类别:面上项目
批准号:40802010
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202047
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81100828
批准年份:2011
资助金额:14.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61771431
批准年份:2017
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:81100679
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10875031
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:10347142
批准年份:2003
资助金额:2.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51875067
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:31701450
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60874072
批准年份:2008
资助金额:29.00
项目类别:面上项目
批准号:41601261
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81502130
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51903247
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81703449
批准年份:2017
资助金额:20.10
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51009017
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21101057
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30860054
批准年份:2008
资助金额:21.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21506111
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61370060
批准年份:2013
资助金额:77.00
项目类别:面上项目
批准号:41603009
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61902365
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21575009
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21173017
批准年份:2011
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:51708518
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30771525
批准年份:2007
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:30801019
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31360510
批准年份:2013
资助金额:51.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:81202096
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51272011
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81901350
批准年份:2019
资助金额:20.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11904219
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71602109
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1867212
批准年份:2018
资助金额:260.00
项目类别:联合基金项目
批准号:31671140
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:51868021
批准年份:2018
资助金额:41.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:21301163
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41301049
批准年份:2013
资助金额:28.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41403011
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51272037
批准年份:2012
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:21773184
批准年份:2017
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:71373034
批准年份:2013
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:41501290
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81804171
批准年份:2018
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71702141
批准年份:2017
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51405159
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31240015
批准年份:2012
资助金额:15.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51379002
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81401808
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81773733
批准年份:2017
资助金额:54.00
项目类别:面上项目
批准号:61201402
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81702677
批准年份:2017
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:U1504703
批准年份:2015
资助金额:27.00
项目类别:联合基金项目
批准号:71401016
批准年份:2014
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81772795
批准年份:2017
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:21204097
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40673059
批准年份:2006
资助金额:35.00
项目类别:面上项目
批准号:51775152
批准年份:2017
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:81302808
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11275052
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:21407097
批准年份:2014
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61573311
批准年份:2015
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:51505047
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51873020
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:31401633
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61401402
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:49902004
批准年份:1999
资助金额:14.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:19474028
批准年份:1994
资助金额:6.50
项目类别:面上项目
批准号:11604338
批准年份:2016
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21104077
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21875274
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:51201085
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30972086
批准年份:2009
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
批准号:81360510
批准年份:2013
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51707134
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50802013
批准年份:2008
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801312
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:68671033
批准年份:1986
资助金额:3.00
项目类别:面上项目
批准号:31372299
批准年份:2013
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:81601716
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100825
批准年份:2011
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31572392
批准年份:2015
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:11674294
批准年份:2016
资助金额:69.00
项目类别:面上项目
批准号:31660123
批准年份:2016
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

基于碳纳米管空穴传输层和电极的反式钙钛矿太阳电池的研究

批准号:61564001
批准年份:2015
负责人:庞起
学科分类:F0403
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
2

亚带隙光吸收增强钙钛矿太阳电池转化效率的研究

批准号:61504063
批准年份:2015
负责人:曹大鹏
学科分类:F0403
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

类钙钛矿型Cs2SnI6空穴传输材料的制备及其在钙钛矿太阳电池中的应用

批准号:51502058
批准年份:2015
负责人:叶腾凌
学科分类:E0207
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

窄禁带氧化物钙钛矿太阳电池研究

批准号:61474045
批准年份:2014
负责人:杨平雄
学科分类:F0403
资助金额:85.00
项目类别:面上项目