稀土掺杂鈣钛矿量子点中的量子剪裁发光与硅太阳电池应用

基本信息
批准号:11874181
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:宋宏伟
学科分类:
依托单位:吉林大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:周东磊,潘根才,陈旭,王鹤,朱金阳,陈聪,金俊杰
关键词:
鈣钛矿量子点硅太阳电池稀土发光量子剪裁量子效率
结项摘要

Perovskite quantum dots (PQDs) is becoming the frontier and hot spots in the field of nano-electro-optics, owing to its excellent optical properties and great application potential in the field of QLED lighting and display, photoelectric detection and etc. Impurity doping is an effective method to modulate the optical properties of PQDs. In 2017, our group realized doping of rare earth ions in CsPbCl3 PQDs for the first time and obtained tunable dual emissions expanding from visible to near-infrared. Based on codoping of Ce and Yb, we obtained quantum cutting luminescence with quantum yield of as high as 146 % and improved the energy conversion efficiency of c-Si solar cells from 18.1% to 21.5 %. In this project, we plan to widely and deeply reveal the composition and structure of PQDs, formation and controlling of defect states on luminescent processes of doped rare earth ions, especially for the case of Yb-doping. We shall also set up a microscopic model to quantantively describe the energy transfer processes between the host of PQDs and rare earth ions, and the luminescent dynamics. We shall also study the co-doping of Ce, Tb, Pr, Tm or Er on the sensation and enhancement of quantum cutting luminescence of Yb around 1000 nm. We shall obtain more efficient quantum luminescence and improve the power conversion efficiency of the c-Si solar cells more greatly. This project will offer powerful theoretical data and technical supporting for practical application of quantum cutting materials applied in c-Si solar cells.

由于优异的光学性能和在量子点LED照明与显示等领域的巨大应用前景,钙钛矿量子点(PQDs) 正成为纳米光电子领域的前沿与热点之一。掺杂是实现对PQD发光调控的有效方法。本团队于2017年在国际上最早实现了CsPbCl3 PQD中稀土离子的掺杂,获得了实际量子效率高达146%的量子剪裁发光,并使c-Si电池的能量转换效率(PCE)由18.1%提高到21.5%。本项目拟在此基础上更为广泛与深入地探索钙钛矿的构成与结构、缺陷态的形成与调控对不同稀土离子发光过程尤其是Yb发光的影响,建立微观物理模型量化描述钙钛矿基质与稀土离子间的能量传递与发光动力学过程。研究Ce、Tb、Pr, Tm, Er等稀土离子的共掺入对Yb 1000nm近红外量子剪裁发光的敏化与增强作用,获得更为高效的量子剪裁发光,更大程度提高c-Si电池的PCE,为其在c-Si电池中的实际应用提供强有力的科学依据与技术支撑。

项目摘要

稀土掺杂钙钛矿量子点自报道以来就广受关注,尤其是基于Yb3+掺杂的量子剪裁发光,首次报道内量子效率就达到了146%。为了进一步提升量子剪裁的量子效率,优化材料性能,使其能够更好的在硅光伏器件上应用,本工作取得了如下进展:(1)采用基质组份和多离子掺杂调控方法,使量子剪裁发光内量子效率最高提升到188%;(2)通过第一性原理计算,在理论上证明稀土掺杂钙钛矿量子点的可行性;(3)将其制备的转光薄膜应用于硅和铜铟镓硒光伏器件,使光电转换效率相对提升超过20%,具有极大的应用前景。另外,本项目也进一步拓展了稀土掺杂钙钛矿量子点在光电探测器、发光二极管和钙钛矿太阳能电池中的应用。受本项目资助,共发表SCI论文62篇,其中影响因子10以上的论文32篇,申报国家发明专利12项。项目执行期间获吉林省自然科学一等奖一项。申请人作为大会主席成功组织了第八届全国掺杂纳米材料发光性质学术会议。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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