《基於蜂窩狀結構TiO2薄膜鈣鈦礦平面異質結太陽能電池》是依託清華大學，由趙振璇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於蜂窩狀結構TiO2薄膜鈣鈦礦平面異質結太陽能電池
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：趙振璇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鈣鈦礦平面異質結太陽能電池是一種高效率、低成本、全固態新型太陽能電池，所具有極高消光係數的光吸收材料和價帶匹配的高比表面積光陽極或支撐層是高光電轉換效率的重要因素。但介孔支撐層中納微米粒子存在大量界面，載流子複合嚴重，因此器件界面構造是影響光電轉換效率的重要因素。具有特定絨面結構的透明半導體薄膜增大活性材料和電子傳輸層的接觸面積，還可有效減少光學損失，提高光的再利用，但目前尚未有運用光學理論設計特定絨面結構的器件構造結構用於鈣鈦礦平面異質結太陽能電池。.本課題擬以蜂窩狀結構TiO2半導體薄膜作為光陽極，依據光學理論和鈣鈦礦吸光材料特徵最佳化薄膜構造提高入射光二次吸收以增載入流子激發效率，修飾界面消除缺陷和針孔提高電子收集能力，並以此器件構造為研究載體，考察具有內球形界面接界處光傳播、吸收、反射及器件內部載流子產生、擴散、弛豫，以納米尺度揭示載流子的傳輸機制，為提高光電轉換效率提供科學依據。
結題摘要
有機無機雜化鈣鈦礦具有高的寬禁帶光吸收係數和較長的電子空穴輸運長度，套用於光伏太陽能電池近期連續報導高光電轉換效率的突破性進展，引發了科研領域對這種高性能材料研究的興趣。為深度發掘有機無機雜化鈣鈦礦材料本質屬性和擴展其在其他領域的套用範圍，仍需進一步巨觀及微觀領域解析在外加光場、電場或力場的影響下鈣鈦礦薄膜內部及界面處的光生載流子和場激發離子與空穴的生成、複合及遷移機制。本項目在掌握了鈣鈦礦薄膜製備的調控方案的前提下，將其成功組裝在光伏太陽能電池、納米摩擦發電機/光感探測器、阻變憶阻器單元器件中，藉助不同類型功能的器件微觀領域研究鈣鈦礦薄膜內部光致電子/空穴對及外界場條件激發下生成的離子/空穴生成及輸運機制。通過一些列各功能器件巨觀電學性能測試並主要藉助開爾文掃描原子力探針和導電原子力探針技術微觀領域研究鈣鈦礦薄膜的電學特徵，藉助巨觀及微觀領域分析結果，我們發現鈣鈦礦薄膜表面電勢高低受制於薄膜表面形貌，且同電子輸運層結界處易生成耗盡區導致薄膜內部內建電場和表面電勢發生變化，光生載流子易於顆粒間發生複合，使得輸運模式同顆粒堆積有直接關係；外加力場導致鈣鈦礦薄膜表面富集正、負電荷，暴露於光場條件下激發的光致電子由電子輸運層傳輸，導致光致空穴直接加強薄膜表面的正電荷或同負電荷發生複合；外加電場刺激下鈣鈦礦薄膜內部發生I-離子和空穴發生遷移及複合，最終導致鈣鈦礦薄膜阻抗發生變化，具有顯著的阻變特徵。此項目研究微觀領域對鈣鈦礦材料在不同外加場影響下光電運行機理進行了解析，擴展了鈣鈦礦材料的套用範疇。
