新型超薄高效低高寬比納米半球太陽(yáng)電池研究

由于其優(yōu)異的光、電學(xué)特性，納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料在實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比太陽(yáng)電池方面具有重要的潛在應(yīng)用。一般而言，具有較大高寬比的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，光俘獲性能更佳。然而，大的高寬比給高質(zhì)量pn結(jié)和電極接觸的制備帶來(lái)了困難。因此，目前以半導(dǎo)體納米線結(jié)構(gòu)為代表的納米太陽(yáng)電池盡管具有高的短路電流密度，但因質(zhì)量較差的pn結(jié)和電極接觸，通常相應(yīng)器件的開(kāi)路電壓和填充因子偏低，從而導(dǎo)致低下的光電轉(zhuǎn)換性能。開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良光管理性能，且具有低高寬比的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)是解決相關(guān)問(wèn)題的一個(gè)途徑。在本研究中，我們以低高寬比、高光俘獲性能硅納米結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)為研究切入點(diǎn)，開(kāi)展了一系列的研究工作，取得了以下主要進(jìn)展和成果：（i）在硅片上實(shí)現(xiàn)了低高寬比、高光管理性能的納米倒錐修飾的表面結(jié)構(gòu)，制備了硅納米倒錐/PEDOT:PSS異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，在沒(méi)有任何進(jìn)一步結(jié)構(gòu)和界面優(yōu)化的情況下，獲得了9.6%的光電轉(zhuǎn)換效率。作為參照，我們亦制備了硅納米線/PEDOT:PSS太陽(yáng)電池，盡管其短路電流密度比前者略高，但差的pn結(jié)和電極接觸質(zhì)量導(dǎo)致該器件低的開(kāi)路電壓和填充因子，最后獲得的電池效率約7.1%；（ii）首次實(shí)現(xiàn)了利用傳統(tǒng)的濕化學(xué)刻蝕，在玻璃襯底上制備出了硅納米線結(jié)構(gòu)；（iii）以納米錐修飾的納米線半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)為平臺(tái)，系統(tǒng)地研究了半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的光管理行為，提出了實(shí)現(xiàn)高光吸收性能的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)制備的一般性指導(dǎo)原則；（iv）制備了具有“雙級(jí)”結(jié)構(gòu)的黑硅及電池，獲得了約18.23%的光電轉(zhuǎn)換效率。上述研究成果將為相應(yīng)高性價(jià)比超薄電池結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)提供有益的參考。 2100433B

硅納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光、電學(xué)性能及其在太陽(yáng)電池中的潛在應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。本項(xiàng)目擬將二代薄膜電池與三代納米電池概念相結(jié)合，將低高寬比納米半球結(jié)構(gòu)置于超薄硅薄膜太陽(yáng)電池表面，以制備高性能低成本太陽(yáng)電池。大面積規(guī)則排列的具有不同半徑、周期的納米半球陣列置于硅薄膜表面后，能有效調(diào)制硅薄膜與空氣之間的折射率，增強(qiáng)光散射并延長(zhǎng)入射光光程，從而可有效降低對(duì)入射光的反射并增加光吸收，使研發(fā)厚度低于1微米的超薄晶化硅薄膜太陽(yáng)電池成為可能。同時(shí)納米結(jié)構(gòu)所特有的光電傳輸分離效應(yīng)可縮短少數(shù)載流子的傳輸距離、減少?gòu)?fù)合損失，即使使用低純材料也可實(shí)現(xiàn)有效的光生載流子收集，提高薄膜太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率并降低成本。本項(xiàng)目將為高效超薄納米結(jié)構(gòu)硅薄膜太陽(yáng)電池的研究提供理論依據(jù)，從而有望在大幅降低硅薄膜太陽(yáng)電池制造成本的同時(shí)提高其轉(zhuǎn)換效率。此理論模型也將為其他材料超薄高效薄膜太陽(yáng)電池的研究開(kāi)發(fā)提供思路及理論依據(jù)。

原子層沉積（atomic layer deposition，ALD）是一種先進(jìn)的薄膜沉積技術(shù)。利用ALD的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，可設(shè)計(jì)合成新型高效納米催化劑，并可精確地調(diào)控催化劑的表界面結(jié)構(gòu)。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員覃勇帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，利用ALD技術(shù)設(shè)計(jì)制備出一種多重限域的Ni基加氫催化劑。與未限域的催化劑相比，多重限域的Ni基催化劑對(duì)于肉桂醛以及硝基苯的加氫催化反應(yīng)的活性、穩(wěn)定性得到顯著的提高。相關(guān)工作近日發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.。

壁厚2.0mm以下新型超薄壁冷彎型鋼具有易成型、節(jié)材、連接方便、易防腐、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛應(yīng)用到低多層鋼結(jié)構(gòu)住宅等建筑中，但由于其相對(duì)高強(qiáng)、低延性、結(jié)構(gòu)體系多采用傳力復(fù)雜的龍骨式復(fù)合墻體體系等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)眾多有抗震設(shè)防要求地區(qū)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用時(shí)其結(jié)構(gòu)抗震性能常常受到質(zhì)疑。本項(xiàng)目將針對(duì)這類新型超薄壁冷彎型鋼住宅結(jié)構(gòu)體系抗震性能的若干關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，對(duì)典型構(gòu)件、連接和龍骨式復(fù)合墻體的抗震滯回性能，以及整體抗震性能進(jìn)行系統(tǒng)深入研究，并結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范體系，提出此類體系結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估數(shù)值模擬方法和抗震設(shè)計(jì)的實(shí)用方法。研究成果將為新型超薄壁冷彎型鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供較系統(tǒng)的理論依據(jù)和試驗(yàn)研究基礎(chǔ)，推進(jìn)其在國(guó)內(nèi)低、多層房屋建筑等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。項(xiàng)目研究具有重要理論意義和工程實(shí)用價(jià)值，應(yīng)用前景非常廣闊。