光伏材料铜锑硫薄膜的电学输运机制研究

基本信息
批准号:51502015
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:韩俊峰
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冯万祥,杨霈,刘晓,刘立平
关键词:
光伏材料铜锑硫薄膜透射电镜第一性原理计算
结项摘要

Due to the energy and environment problems, renewable energies, like photovoltaic technology, are developed quickly all over the world. Thin film solar cells, i.e. CIGS and CdTe, as two of the most popular photovoltaic technologies, are developing fast. However, the rare Indium and Tellurium limited the mass product and application. As a result, the new research work focus to the earth abundant photovoltaic materials in the thin film solar cell field. CuSbS2 is one of candidate materials as absorption layers. However, the recorded efficiency of CuSbS2 solar cell is only 3.1%, which is far below its theory efficiency 23%. The reasons of low efficiency are not clear till now. The related studies of physics mechanism become more and more necessary and important. In this program, we will employ the first-principles to calculate the forming energies of several phases in the films, the forming energies of the defects in the grain bulks and boundaries, and the energy levels of those defects. Furthermore, we are planning to investigate the phases and defects of CuSbS2 films by using X-ray Diffraction, Raman spectrum, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electronic microscopy. And we are also going to analyze the electrical properties of thin films with Hall effect measurement, Time-resolution PL spectrum, photon-conductivity and temperature-dependant resistance measurements. Finally, those theoretical and experimental studies will contribute to the explanations of physical mechanism of carrier transportation in the CuSbS2 films. This work will be benefit to the research and fabrication of high efficiency CuSbS2 solar cells.

由于能源短缺和环境污染等问题,近年来各国积极发展包括太阳能在内的各种可再生能源。其中,薄膜化合物太阳能电池发展非常迅速,如碲化镉和铜铟镓硒电池。但碲和铟的稀缺性限制了其大规模应用,发展高丰度光伏材料成为一个重要研究方向,而铜锑硫是其中较为合适的吸收层材料之一。目前报道的铜锑硫光伏电池的最高转换效率仅有3.1%,离它的理论效率23%还有相当大的差距,限制铜锑硫电池效率的机制还不是非常清楚。本项目利用第一性原理计算和X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子谱、透射电镜等实验手段,研究铜锑硫内部几种多元相的热力学稳定性、晶粒和晶界处缺陷类型、分布、形成能和占据的能级位置等;通过霍尔测试、时间分辨PL谱、光电导和温度-电阻测量等,获得材料电学输运性能。理论结合实验,研究这些相与缺陷对载流子输运过程造成的影响,揭示铜锑硫材料中限制载流子输运的物理机制问题,为制备高效光伏电池提供坚实的基础。

项目摘要

由于能源短缺和环境污染等问题,近年来各国积极发展包括太阳能在内的各种可再生能源。其中,薄膜化合物太阳能电池发展非常迅速,例如碲化镉和铜铟镓硒电池。但是,碲和铟的稀缺性限制了其大规模应用,因此发展新型光伏材料是一个重要研究方向。本项目中,我们从铜铋硫薄膜材料的合成入手,发展了一套铜铋硫薄膜的制备方法,利用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子谱、透射电镜等手段研究分析铜铋硫体内多元相的分布、缺陷结构和密度等;利用第一性原理计算,研究铜铋硫和铜铋硒内部几种多元相的热力学稳定性、晶粒和晶界处缺陷形成能和占据的能级位置等。理论结合实验,研究这些相与缺陷对载流子输运过程造成的影响,并在此基础上制备了铜铋硫薄膜光伏电池。进一步,我们对其做硒化处理,制备了铜铋硒薄膜,并发现,通过控制硒化过程中氧气的含量,可以制备出片层结构的铜铋硒氧薄膜,并基于此薄膜发展了近红外光电探测器和光催化器件等。我们的研究为铜铋系列薄膜在光伏、光电和光催化方面的应用奠定了基础。在此项目支持下,我们共发表SCI论文4篇,获得国家发明专利授权1项,出版相关专著1本,在国际会议上做口头报告1次,培养毕业硕士生1名,合作培养在读博士生2名。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
3

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
4

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

韩俊峰的其他基金

批准号:30400385
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81170396
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

基于三步共蒸发方法制备铜锌锡硫光伏材料

批准号:51302304
批准年份:2013
负责人:刘壮
学科分类:E0207
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

低温生长柔性聚酰亚胺衬底铜铟镓硒薄膜材料及光伏器件研究

批准号:61076061
批准年份:2010
负责人:刘玮
学科分类:F0403
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
3

硫卤化锑材料体系的光伏特性与器件研究

批准号:51572120
批准年份:2015
负责人:徐翔星
学科分类:E02
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
4

6.1埃锑基热光伏电池热辐射管理研究

批准号:61306074
批准年份:2013
负责人:汪宇
学科分类:F0403
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目