《V-Ga共摻TiO2光伏吸光層材料光電性能及器件研究》是依託湖北大學，由高雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：V-Ga共摻TiO2光伏吸光層材料光電性能及器件研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高雲
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
全氧化物異質結太陽能電池具有儲量豐富、環境友好、抗氧化性，穩定性好等突出優點，是光伏器件的一個新的發展方向。採用高精密分子束外延技術（MBE）調控V-Ga共摻比例獲得具有中等帶隙高吸收係數的高質量TiO2薄膜，並通過外延生長製備V-Ga:TiO2/Cu2O異質結。結契約步輻射近邊X-射線吸收譜、紫外光電子能譜、高分辨透射電鏡、高分辨深能級瞬態譜儀等大型設備測試手段，研究薄膜中摻雜原子占位、雜質能級、缺陷類型對電輸運性質的影響，並分析異質結界面原子間結合的化學價鍵和界面價帶能的變化，理解界面缺陷及界面態的成因。探索消除和減少載流子在薄膜和界面複合的方法,為提高異質結光伏器件光電轉化效率提供基礎。完成異質結電池原型器件的製備和測試，並獲得一系列具有自主智慧財產權的核心技術。
結題摘要
TiO2具有低成本、儲量豐富、抗氧化性，穩定性好等突出優點，是能源和環境套用中的一個重要的環境友好材料。本項目主要主要研究TiO2自身不同混合晶相的界面生成、氧化鈦與其他金屬氧化物構成異質結的界面，及其對光吸收、催化產氫性能、氫氣氣敏特性的影響，和在太陽能電池中的套用。具體研究成果如下： 1、 製備了TiO2（B）二維超薄納米片，研究了量子點anatase在TiO2（B）表面的取向生長和界面調控。在無助催化劑條件下產氫效率比P25提高23倍。能帶結構分析表明，導帶底到氫的氧化還原勢距離高達0.9 eV， 為電子提供了足夠的驅動力。 2、 通過調控前驅體中鹽酸的濃度，實現了銳鈦礦/金紅石相TiO2異質結界面的調控。給出了界面面積與產氫效率及螢光強度的直接對應關係，提出了異質成核生長界面調控機制，解釋了異質結界面並不隨混合相相對比例增加而增大，而是存在一個W型關係。界面面積最大時對應產氫效率最高。 3、 通過水熱法實現了亞納米尺度Co3O4在超薄TiO2（B）薄膜表面生長。研究結果表明，當Co3O4團簇尺度降低到亞納米尺度，TiO2(B) / Co3O4異質結的能帶結構從II型轉變成了I型，Co3O4團簇導電類型也由P型轉變成能N型，在光解水過程中還原成金屬鈷，獲得可替代Pt的光催化性能。 4、 通過製備不同表面暴露晶面的TiO2納米棒陣列，研究其表面吸氫和放氫機制，獲得了室溫極低探測極限濃度下的高靈敏度回響。通過理論計算和實驗相結合，將吸放氫過程分解成四個步驟，提出了氫氣敏回響的新機制。 5、 研究了V-Ga共摻雜和對TIO2能帶結構的影響。當V和Ga以等比例共摻時，費米能級位於禁帶中間，為本徵半導體，相應禁頻寬度降低了25%。Mn 有效摻雜可以將TiO2的光吸收譜擴展到可見光波段，有效的提高了可見光波段催化降解性能。探索了LiF修飾TIO2表面對染料吸附性能的影響，分析了染料吸附機理。 6、 研究了以TIO2作為界面層和n型電子傳輸層，獲得高質量Bi基鈣鈦礦光吸收層。組裝的太陽能電池效率達到1.64%，成為目前世界鉍基太陽能電池的最高紀錄。
