《新型光伏材料与器件的相关科学问题研究》

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该项目属于电子、通信与自动控制(510)领域中电子专用材料学科的电子功能材料方向。

能量转换是与自然界和人类社会发展密切相关的基本科学过程。光伏效应与光能和电能转换有关。项目成员在国家973计划、863计划和国家自然科学基金支持下,进行了系统深入的研究工作,不仅发展了光电功能材料能量转换的基本理论和实验方法,而且发展了新型光伏材料和器件。

取得了如下主要科学贡献:

在第三代太阳能电池-钙钛矿电池研究中,在国际上率先开展用二氧化锡代替二氧化钛做电子传输层材料的工作,发明了电学和光学性能更优异的二氧化锡电子传输层及其低温制备方法;发现低温SnO2电子传输层具有很好的光学增透性(减反射)和高电子迁移率特性,增强了器件的稳定性,大幅度提高了平面钙钛矿太阳能电池的效率;解决了传统电子传输层需要高温烧结、迁移率低和紫外光照催化活性高等问题;在国际上掀起了发展SnO2平面钙钛矿电池的热潮,推动了钙钛矿电池领域的发展。

提出了紫外臭氧处理和Cl钝化界面的设想,发明了器件结构简单、成本低和具有无空穴阻挡层特点的平面电池,实现了高的光电转化效率和高的开路电压,阐明了这种新型器件的工作机理。

发展了电子传输材料的一步烧结、掺杂、界面改性和能带调节方法,不仅提高了钙钛矿太阳能电池的转化效率,而且显著提高了电池的稳定性。

在染料敏化太阳能电池研究中,发明了非铂材料镍部分代替铂,PtNi合金纳米颗粒的制备方法,发现Pt3Ni材料的费米能级位置与电解质氧化还原对电势具有较好的匹配,以其作为对电极,大幅提高了染料敏化太阳能电池的效率和热稳定性并降低了器件成本;发明了一种透明导电聚合物对电极的制备方法,并以此获得了新型可双面进光的半透明染料敏化太阳能电池,大幅提高了电池的效率并降低了器件成本。

发明了增强了染料敏化太阳能电池光捕获效率的方法;即通过在TiO2光阳极中引入具有散射增强和上转换双功能的稀土金属氧化物复合亚微米颗粒和具有表面等离激元吸收增强作用的Ag@TiO2纳米颗粒,显著增强了对近红外波段的吸收率和染料敏化太阳能电池的光捕获效率,大幅提高了电池的转换效率。

项目成果在Nature Communications,Advanced Materials,Journal of the American Chemical Society,ACS NANO,Appl.Phys.Lett.等国际重要刊物中发表论文60余篇;8篇代表性论文web of Science他引

1334次(总引用1899次),其中7篇代表性论文进入ESI高被引论文、1篇进入ESI热点论文;授权发明专利15项。国内外同行在Nature Review Materials,Nature Nanotechnology,Chemical SocietyReviews,Advanced Materials,Nano Today,Energy Envrion.Sci.等权威和综述刊物中给与了高度评价和广泛引用。

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