高效固态纤维状太阳能电池制备和性能研究

Fiber-shaped solar cells have abstracted more and more attention due to the following advantages: 1)high device flexibility and can be integrated into textiles in various forms; 2) equivalent power conversion efficiencies can be obtained under the illumination in different directions; 3) cheap metal materials can be used as electrodes replacing conventional transparent conductive oxide electrodes. At present, some problems exist in the development of fiber-shaped solar cells. The problems are as follows: 1) low power conversion efficiencies, especially in solid fiber-shaped solar cells; 2) a lack of the study on the active layers based on inorganic materials; 3) a lack of the study on photon absorption and charge transportation in fiber-shaped solar cells. Based on our previous study, the following works will be done: 1) using carbon nanotubes and one-dimensional semiconductor oxide nanostructures to improve charge transportation and collection; 2) developing the fiber-shaped solar cells based on CIGS material; 3) studying the mechanism of photon absorption and charge transportation in fiber-shaped solar cells. The project will improve further the power conversion efficiency of solid fiber-shaped solar cells, provide the experimental and theoretical references for preparing high-efficiency, low-cost and high-stability devices, and thus promote the practical application of fiber-shaped solar cells.

纤维状太阳能电池是近年来得到迅速发展的新形态太阳能电池，其具有三个突出的优势：1）可编织，具有高的应用灵活性和适应性；2）四周受光具有同等光伏发电能力，易实现"直射光+反射光共发电"模式；3）可使用低价、柔性的金属线或导电纤维作为电极，避免了ITO、FTO等透明电极的使用。目前，纤维状太阳能电池发展中存在以下主要问题：1）光电转换效率较低，尤其是固态纤维电池；2）光活性层种类单一；3）电池内部光吸收及电荷转移机制等理论问题的研究较少。本项目拟在前期研究基础上，1）利用碳纳米管和半导体一维纳米结构改善固态纤维电池电荷传输和收集，进而提高器件光电转换效率；2）构建基于铜铟镓硒光吸收材料的纤维电池；3）深入研究纤维电池中光场、电场结构和载流子输运等基本理论问题。 本项目的开展将进一步提高固态纤维电池的光电转换效率，为高效、低成本、高稳定性器件制备提供实验和理论依据，加快纤维电池的实用化

纤维状太阳能电池是近年来得到迅速发展的新形态太阳能电池，其具有三个突出的优势：1）可编织，具有高的应用灵活性和适应性；2）四周受光具有同等光伏发电能力，易实现“直射光+反射光共发电”模式；3）可使用低价、柔性的金属线或导电纤维作为电极，避免了ITO、FTO等透明电极的使用。目前，纤维状太阳能电池发展中存在以下主要问题：1）光电转换效率较低，尤其是固态纤维电池；2）光活性层种类单一；3）电池内部光吸收及电荷转移机制等理论问题的研究较少。铜铟镓硒（ CIGS）材料具有优异的稳定性和高的光电转换效率，将该材料整合到纤维电池中对于实现高效、全固态纤维电池具有非常重要的意义。钙钛矿太阳能电池是近几年提出并得到迅速发展的一类新型太阳能电池，高的吸光系数、高的载流子迁移速率等优异材料特性使其受到学术界的高度关注。将钙钛矿型光伏体系整合到纤维状太阳能电池中来对于获得高效全固态纤维状太阳能电池同样具有非常重要的意义。. 本项目拟提高固态纤维电池的光电转换效率，为高效、低成本、高稳定性器件制备提供实验和理论依据，加快纤维电池的实用化。主要研究内容包括两个方面：1）基于铜铟镓硒光伏体系的研究；2）基于钙钛矿光伏体系的研究。我们通过控制铜铟镓硒薄膜制备中的退火过程及镓元素的扩散进一步提高了铜铟镓硒体系的光电转换效率。提出了新颖的氢碘酸辅助的反向温度结晶制备高质量钙钛矿APbI3单晶（A = CH3NH3+,MA+ orCH(NH2)2+, FA+)的方法，为高效钙钛矿体系纤维电池的构建提供了指导。采用三电极体系以酒石酸作为络合剂制备出了均一、致密的高质量ZnS薄膜。为高曲率纤维基底表面高效铜铟镓锡体系和钙钛矿光伏体系的构建奠定了重要基础。