高效穩定無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池研究

《高效穩定無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池研究》是依託華中科技大學，由韓宏偉擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：高效穩定無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：韓宏偉
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

面向新型廉價清潔能源重大戰略需求，圍繞鈣鈦礦太陽能電池光電轉換相關基礎科學問題，以材料設計和製備為基礎，發展具有自主智慧財產權的材料體系，探索在廉價條件下提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率和穩定性的新方法。本項目深入研究無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池，其特點是在導電襯底上逐層印刷納米晶層、間隔層、碳對電極層，之後填充鈣鈦礦材料。擬對AMX3型鈣鈦礦材料進行結構上的最佳化和開發，引入兩性分子構建混合陽離子型鈣鈦礦材料；採用鹵族元素多元共混等方法，開發對環境友好且具有更寬吸收光譜、更高效的穩定鈣鈦礦材料；調控納米金屬氧化物材料能帶，提高介孔碳對電極功函式；尋求提高無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池光子捕獲效率、電荷轉移、傳輸和分離效率的方法，釐清材料結構與器件性能間的關係，獲得光電轉換效率超過18%的廉價穩定光伏器件，為鈣鈦礦太陽能電池的發展提供具有自主智慧財產權的材料體系及理論和技術支撐。

結題摘要

面向新型廉價清潔能源重大戰略需求，圍繞鈣鈦礦太陽能電池光電轉換相關基礎科學問題，以材料設計和製備為基礎，發展具有自主智慧財產權的材料體系，探索在廉價條件下提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率和穩定性的新方法。本項目深入研究無空穴傳輸材料可印刷鈣鈦礦太陽能電池，其特點是在導電襯底上逐層印刷納米晶層、絕緣層、碳對電極層，之後填充鈣鈦礦材料。結合第一性原理，開展了鈣鈦礦材料組分，結構，性能內在關聯的多方位研究與表征，對其穩定性和光譜回響特性的內在影響機制進行了深入的研究與深刻的理解，成功製備了穩定性好，入射光吸收率高的混合離子型鈣鈦礦材料；對納米晶電子受體材料的合成，摻雜與性能進行了多方位的研究，製備出了高分散，能級可控的電子收集材料；針對背電極與鈣鈦礦能級匹配問題，成功對碳電極材料進行硼摻雜，開發了高功函的背電極材料；著重研究了界面對器件性能的重要影響，開發了利用小分子等修飾二氧化鈦/鈣鈦礦界面，利用高功函氧化物修飾碳/鈣鈦礦界面等技術；深入分析了可印刷鈣鈦礦太陽電池中各材料以及界面對器件性能的影響規律，成功製備了高效穩定的可印刷介觀鈣鈦礦太陽電池，獲得了18.2%的光電轉換效率，並研製成功穩定的110cm2全印刷鈣鈦礦示範性系統。製備的器件獲得了超過4000h的暗態穩定性，超過1000h的光照穩定性，通過了IEC61215紫外穩定性測試，完成了項目技術指標。在Science、Nature Chem.、Nature Comms.、Adv Mater.、J Am Chem Soc.等期刊上發表論文109篇，申請國家發明專利27項，獲批國家發明專利5項，申請PCT國際專利1項，獲批6項國際專利，部分專利已通過掛牌轉讓實施產業化。項目團隊成員獲長江學者特聘教授、萬人計畫科技創新領軍人才、國務院政府津貼、基金委優秀青年基金、湖北省楚天學子等稱號，培養27名博士研究生獲博士學位，10名碩士研究生獲碩士學位，6名博士後出站。本項目打造了印刷鈣鈦礦太陽能電池團隊在國內外的影響力，擴大了隊伍，引領了介觀鈣鈦礦太陽能電池可印刷、穩定性及低成本方面的發展，為鈣鈦礦太陽能電池的進一步發展提供了具有自主智慧財產權的材料體系及理論和技術支撐。