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掺杂与量子点p-n结纳米光电薄膜材料的基础研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2016
  • 中图分类:
    TN304.055
  • 关键词:
  • 成果简介:
    纳米光电薄膜材料是材料科学的研究热点之一。该项目通过能带工程,围绕着纳米光电薄膜材料与纳米光电转换器件这两个紧密相连又有很强应用背景的研究课题,合成了掺杂与量子点p-n结纳米光电薄膜材料,研究了它们的构效关系,并用Gratzel太阳电池原型器件的实验结果直接检验材料的性能,为相关材料的实际应用提供了大量可靠的基础数据。由Gratzel于1991年发明的敏化结构太阳电池,具有高光电转换效率、低成本等特点,其核心为光敏化剂层材料与制备技术。光敏化剂层材料的选择已从常规的单分子层有机染料,发展到无机量子点敏化剂,直至近年新出现的杂化无机-有机钙钛矿敏化剂。敏化结构太阳电池存在三个难题:高吸收光、宽吸收光谱材料的获得;高电子-空穴分离率、低电子空穴复合率、高光电转换效率的实现;常规敏化结构太阳电池需要液态电解质溶液而可能存在泄漏问题,不利于今后的实际应用。该项目通过对量子点进行掺杂,将吸收光谱拓展到1400纳米,拓宽了太阳光吸收范围,并提高了掺杂量子点纳米光电薄膜对太阳光的吸收强度;将半导体能带工程设计思想引入到纳米光电转换薄膜材料的研究中,发现具有掺杂和量子点p-n结结构的纳米薄膜材料具有良好的光电转换性质,深入研究了构效关系,开发了性能优良的新型纳米光电转换薄膜材料;发现当将p型掺杂和n型掺杂的两种薄膜通过恰当方式接触后,其光电转换效率远大于不含量子点p-n结纳米光电薄膜材料器件的光电转换效率,并用ICP-OES、霍耳效应测试、紫外-可见光吸收光谱、紫外光电子能谱和交流阻抗谱等技术对其机理进行了研究;而后,将这些光电纳米薄膜材料引入TiO<,2>纳米晶太阳能电池中,拓展了光敏化剂的研究范畴;常规量子点纳米光电薄膜内部缺乏有效分离电子空穴对的内在驱动力,通过进行p型掺杂和n型掺杂,制备出量子点p-n结纳米光电薄膜,其内建电场增强了量子点纳米光电薄膜内部分离电子-空穴对的内在驱动力,并对电子与空穴的复合产生强烈抑制作用;利用无机与有机表面修饰的办法提高了敏化电池的许多重要指标,所组装的杂化无机-有机钙钛矿准固态敏化太阳电池的转化效率达到了14%,从而使其向实用化迈进了一大步。该项目共发表49篇SCI论文,出版著作《纳米材料与敏化太阳电池》,项目工作被他人引用共101次,特别是美国权威化学刊物《物理化学快报》(JPCL)引评了该项目的工作。
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