《寬光譜氧化物太陽電池的關鍵材料挑戰及器件研究》是依託鄭州大學，由邵國勝擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：寬光譜氧化物太陽電池的關鍵材料挑戰及器件研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：邵國勝
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對現有Si太陽電池價格昂貴及其替代體系(CuInGaSe、CdTe及CdS等)資源匱乏甚至毒化環境等突出問題，本項目基於TiO2的能帶工程（摻雜/合金化），將其與窄帶p型CuO相結合，旨在為下一代光伏電池提供全新的、環境友好的、可持續性的材料體系，並在此基礎上開發新型寬譜吸收的高效太陽電池。期望通過摻雜及共摻技術，將TiO2的吸收帶邊從紫外波段大幅紅移至可見光甚至近紅外區域，以充分利用太陽光譜中的大部分能量。通過對TiO2吸收層帶隙由寬及窄的連續調控，有效克服高能導帶電子在帶內弛豫引起的能量損失，實現對紫外到近紅外廣譜範圍太陽光的無弛豫光電轉換,利用窄帶隙CuO作為長波吸光層，以補充TiO2帶隙調製的可能局限，最終製備出新型全光譜吸收的高效（大於15%）示範太陽電池。本項目的實施，將為新型TiO2寬光譜太陽電池的發展奠定堅實的理論與實驗基礎，為新一代高效低成本太陽電池的發展開闢嶄新道.
結題摘要
項目執行期間，研究了寬光譜氧化物太陽電池關鍵材料挑戰及器件。（1）基於第一性原理密度泛函理論，調控TiO2能帶結構，通過合金化或摻雜元素可將帶隙至少降低50%；適度摻雜可調控其導電類型，並獲得合適的載流子濃度和高遷移率。（2）系統模擬基於全氧化物的異質結和肖特基結電池，進一步研究缺陷與界面態對電池性能影響。理論效率高達28.6%。（3）薄膜製備工藝及其質量制約氧化物電池發展，採用HiTUS鍍膜技術，可實現過程高度可控，具有靶材利用率＞90%和低溫柔性襯底沉積的特點。（4）系統研究能帶漸變TiO2，製備可見光回響增強的Mn、Fe、V-Ga、Cu、Nb摻雜TiO2，成功將基於TiO2的多層結構套用於可見光催化降解污染物、可見光分解水制氫、及染料敏化、鈣鈦礦和氧化物太陽能電池，光電轉換效率最高10.88%。（5）採用HiTUS製備吸收層CuOx薄膜，實現薄膜晶型可控，載流子濃度在（10^14-10^19）cm-3可控，空穴遷移率達到12.3 cm2V-1s-1，且在金屬-半導體結構中有良好的接觸特性。研究缺陷、晶界、界面調製及熱處理對薄膜的影響。（6）研究無銦TCO薄膜，獲得電阻率低於10-4 Ω•cm的NTO薄膜，透光率90%；獲得電阻率低於10-3 Ω•cm的柔性Nb摻雜SnO2薄膜，透光率90%。（7）研究過程中提出新思路，開展WAV結構器件的反向製備及最佳化；基於銅氧化物可控制備，提出全銅氧化物WAV電池；基於HiTUS技術，開展示範性薄膜沉積設備的研究和推廣。此期間，發表國際刊物論文13篇，獲得國家發明專利授權9項。
