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        科苑探驪 | 我校寬譜響應型量子點光伏器件研究取得新進展

        發布日期:2021-04-14瀏覽次數:

        面向能源的光電轉換材料與器件研究是解決全球能源危機和環境污染難題的重要手段,更是落實十九大關于“美麗中國”部署的戰略途徑之一。面向國家解決能源問題的重大戰略需求,國家自然科學基金委員會于2012年啟動的“面向能源的光電轉換材料”重大研究計劃,旨在揭示高效光-電/電-光轉換的機理,突破現有原理和技術局限,為光電轉換材料和器件在可再生能源的開發和能源高效利用方面提供新思路和技術支撐。

        東北師范大學紫外光發射教育部重點實驗室劉益春教授和張昕彤教授團隊在該領域深耕十余年,連續獲批國家自然基金“面向能源的光電轉換材料”重大研究計劃重點支持項目、國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)項目、吉林省雙十攻關項目、教育部科學技術研究重點項目、國家自然科學基金面上項目等各類課題十幾項,建設了一支中、青年結合的、多學科交叉的研究隊伍,在新型微納結構光電轉換材料與器件的可控制備、表界面調控和載流子相關過程優化等研究方面取得了多項重要進展,主持的國家自然科學基金重大研究計劃重點課題“基于氧化物納米線三維異質結太陽能電池的基本問題研究”獲優秀結題。

        2019年,劉益春教授與張昕彤教授團隊進一步成功獲批“面向能源的光電轉換材料”重大研究計劃集成項目“高效光電轉換無機半導體微納材料與器件的關鍵科學問題研究”資助。該集成項目集合了蘇州大學、浙江大學、中山大學、東北師范大學和華東師范大學的國內代表性研究團隊,針對無機半導體微納結構光電轉換材料的高效、可控制備及性能調控開展研究,利用一維半導體微納陣列強的陷光效應、徑向p/n結中的高效載流子分離和輸運、以及零維半導體量子點高發光色純度和熒光量子效率等優勢,發展穩定、高效的光伏及發光器件。項目直接經費1700萬元,東北師范大學承擔了高效量子點光伏材料與器件子課題的研究任務。

        在集成項目執行兩年的時間里,劉益春教授和張昕彤教授團隊重點圍繞寬譜響應型PbS量子點太陽能電池展開研究工作,在三維體異質結量子點太陽能電池的界面工程、高質量量子點墨水制備、外壓誘導增強量子點間耦合效應等方面取得了多項突破。近日,該團隊與日本東京大學H.Segawa教授合作,通過PbS量子點表面配體工程,構建n/p量子結型太陽能電池,獲得了10.5%的光電轉換效率。這是迄今為止量子結型PbS太陽能電池報道的最高效率。該量子結太陽能電池結構摒棄了傳統的寬帶隙金屬氧化物電子傳輸層,從而有效提高PbS吸光層的紫外光利用率;其次,量子結構有效優化了量子點太陽能電池的界面能帶排列,促進光生載流子的傳輸與收集。同時,該量子結器件顯現了極好的穩定性,在連續光照11小時后仍維持初始效率的95%,并在干燥空氣氛圍下實現了>4000小時的穩定性。這一突破預示著量子點太陽能電池能夠實現覆蓋紫外-可見-近紅外光譜的寬譜帶光電轉換,且能夠用更簡單的工藝制備出高效率、高穩定性的量子點太陽能電池。

        在重大研究計劃集成項目支持下,該團隊已在ACS Energy Letters、Advanced Science、Applied Physics Letters等學術期刊發表SCI檢索論文20余篇,申請/授權專利10余項,三名研究生獲校優秀畢業論文,研究成果多次受到“ScienceDaily”、“研之成理”、“知光谷”等學術媒體和微信公眾號重點關注。


        信息來源:東北師范大學官網

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