联系我们  |  网站地图  |  English   |  移动版  |  中国科学院 |ARP
站内搜索:
首页 简介 管理部门 科研部门 支撑部门 研究队伍 科研成果 成果转化 研究生教育 党建与创新文化 科普 信息公开 OA系统
科研动态
上海硅酸盐所人工晶体中心...
上海硅酸盐所硅酸钇镥闪烁...
上海硅酸盐所承办第97期交...
上海硅酸盐所举办第四期“...
npj Computational Materi...
上海硅酸盐所在新型铽铝石...
上海硅酸盐所举办第三期“...
上海硅酸盐所召开国家重点...
乌克兰科学院晶体所Roman ...
上海硅酸盐所人工晶体中心...
上海硅酸盐所举办第二期“...
中国科学院无机功能材料与...
中国科学院无机功能材料与...
上海硅酸盐所在有机电极材...
上海硅酸盐所科研人员参加...
现在位置:首页>新闻动态>科研动态
上海硅酸盐所在新型光伏材料方面取得重要研究进展
2018-01-19 16:20:39 | 【 【打印】【关闭】

  太阳能电池因具有替代现有化石能源而解决能源环境问题的前景越来越得到全世界的一致认可和推动。然而,目前太阳能电池的光电转换效率依然不高。影响光电转换效率的因素主要有三个:一是光的吸收;二是光生电子空穴对的分离与传输;三是电荷的收集。光伏材料是太阳能电池的关键部分,因此,提升太阳能电池的光电转换效率的主要途径是提高光伏材料对光的吸收和抑制光生载流子的复合,而实现这两者的研究主要集中在能带调控上。如何制备能带位置匹配的新型光伏材料依然是目前研究的难点和热点。 

  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所与北京大学化学学院合作,黄富强、张刚华、杨重寅等研究人员在黄铜矿型CuInS2CuGaS2材料中研究发现,合理地进行SnIn/Ga位的掺杂,在禁带中间成功地诱导出一个新的半充满中间能带(Sn掺杂CuGaS2带隙减小至1.8eV,而吸收范围延伸至1.0eV即近红外区域,Sn掺杂CuInS2薄膜则将带隙减小至1.0eV左右),作为小能量光子跃迁的跳板,克服了材料光学带隙对太阳光谱响应范围的限制,实现VBM ® CBM, VBM ® IB, IB ® CBM三个光子激发电子跃迁的通道,从而实现了覆盖大部分太阳能光谱的响应,大大提高了光电流,从而有望大幅提高电池转换效率。 

  该合作团队基于调控中心离子配位场来实现材料禁带宽度的降低,探索制备了一种新型窄带隙铁电光伏材料:KBiFe2O5。相对于八面体场,四面体场具有较小的分裂能,从而能够有效的降低材料的禁带宽度。样品结构是由四面体配位的FeO4四面体层通过Bi2O2链连接而成的三维骨架结构,禁带宽度为1.59 eV,为目前已知高温多铁材料中禁带宽度最窄的。由于本征极化场的存在,有效降低光生载流子的复合率,样品表现出明显的光伏响应,产生突破材料带隙限制的光生电压,电压高达8.8 V,光生电流为15mA/cm2,高于已知最佳铁电光伏材料性能。 

  这一研究结果的意义在于:一方面成功制备了一类新型中间带太阳能电池材料,并实现了宽光谱响应及光电流的大幅提升,另一方面实现了铁电光伏材料中结构调控带隙宽度的设想,为开发新一代具有可控微结构及高光电转换效率的新型太阳能电池提供了新思路。 

  该研究得到了国家自然科学基金项目(杰青、重点)、国家863项目及中科院创新项目的资助和支持。相关研究结果发表在Nature Publishing GroupNPG)旗下期刊Scientific reports(2013, 3, 12652013, 3, 1286)上。 

   

  Sn掺杂CuGaS2纳米颗粒和Sn掺杂CuInS2薄膜的能带示意和宽光谱吸收图 

   

  KBiFe2O5的晶体结构、极化温度响应与室温磁响应、光谱吸收及光电响应图 

  相关链接: 

  http://www.nature.com/srep/2013/130215/srep01286/full/srep01286.html 

  http://www.nature.com/srep/2013/130212/srep01265/full/srep01265.html 

版权所有 中国科学院上海硅酸盐研究所 沪ICP备05005480号-1
长宁园区地址:上海市长宁区定西路1295号 电话:86-21-52412990 传真:86-21-52413903 邮编:200050
嘉定园区地址:上海市嘉定区和硕路585号  电话:86-21-69906002 传真:86-21-69906700 邮编:201899