硫鹵化銻材料體系的光伏特性與器件研究

《硫鹵化銻材料體系的光伏特性與器件研究》是依託南京師範大學，由徐翔星擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：硫鹵化銻材料體系的光伏特性與器件研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐翔星
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

在能源和環境問題日趨嚴峻的時代背景下，國民經濟的可持續發展對可再生清潔能源提出了迫切需求，太陽能的高效利用正是其中一種重要的新能源。鐵電光伏材料及器件，特別是鈣鈦礦太陽能電池效率的飛速提升，使該領域在世界範圍內引起了極大關注。目前在材料基礎上面臨著兩個挑戰，一是鐵電光伏雜化材料的穩定性問題，二是鐵電光伏氧化物材料的光吸收問題，因此，本項目提出研究硫鹵化合物鐵電材料即SbEX(E=S,Se;X=Br,I)體系的製備、光伏特性與器件。SbEX材料是能級結構合適、具有自發極化特性的鐵電材料，能夠通過成分、尺寸、形貌和界面結構進行能級調控，有利於電荷分離與傳輸，具有良好的熱穩定性，綠色環保，且原料儲量充沛。目前該體系的光伏器件尚未見公開文獻報導。本項目計畫開展SbEX體系材料的可控合成、能級調控、成膜技術、光伏器件結構及相關化學和物理問題的基礎研究，為開發新型高效光伏器件打下基礎、開拓新的道路。

結題摘要

在能源和環境問題日趨嚴峻的背景下，國民經濟的可持續發展對以太陽能為代表的可再生清潔能源的利用提出了迫切需求。硫鹵化銻材料是能級結構合適、具有自發極化特性的鐵電材料，能夠通過成分、尺寸、形貌和界面結構進行能級調控，有利於電荷分離與傳輸，具有良好的熱穩定性，綠色環保，原料儲量充沛，是光電、光伏領域極具潛力的材料體系。本項目開展了硫鹵化銻及其相關材料的可控合成、能級調控、器件、光催化及相關化學和物理問題的基礎研究，主要結果如下：（1）研究了硫鹵化銻巨觀晶體、微晶和納米晶的合成方法，獲得了尺寸可調的SbSI納米晶與納米線，首次實現了量子尺寸限制效應對SbSI吸收光譜的連續調控。（2）研究了SbSI納米晶的光催化性質，其甲基橙可見光降解速率高出目前已報導的最好結果1-2個數量級，從納米尺寸、結構、表面、能級結構等方面闡明了高可見光催化活性來源於其能夠高效地產生單線態氧，並對單線態氧的產生的機理進行了研究，成果發表於ACS Sustain. Chem. Eng., 2018, 6, 12166。（3）提出了一種以SbSI納米線為前驅體，原位製備Sb@N-C複合材料的方法，將其用於鋰電池負極材料，獲得了在0.5 A/g下100次循環536 mAh/g容量，1A/g下2000次循環342 mAh/g容量，具有良好的可逆性和長循環非衰變穩定性。相關結果發表在J. Alloy. Compd. 2020, 814, 152161。（4）銻是合成硫鹵化銻的前驅反應物，在雷射、電池等領域亦有重要套用。我們通過對溶液體系的設計，採用雷射法製備了尺寸在10-100 nm範圍內可控、分散性良好的的球形銻納米晶，研究了其尺寸調控的機理。相關結果正在投稿中。（5）通過機械剪下法獲得了高純度的銻烯。首次以銻烯為源，製備了Sb-Au，Sb-Ag，Sb-Pd納米薄片，後續性質與套用研究仍在進行當中。（6）研究了SbSI薄膜的製備、基於SbSI納米線柔性光敏探測器的製備與光電回響特性，光伏器件製備與表征相關設備也將在近期配備完全，後續將繼續深入開展該方向的研究。（7）探索了鈣鈦礦量子點的可控合成及其在離子感測、日盲探測、偏振光電器件等方面的套用。