1.课题来源与背景 钙钛矿太阳能电池是近些年发展起来的一种廉价、加工工艺简单，高效的薄膜太阳能电池工艺，该种电池的成功商业化将有望解决今后的能源危机问题。作为钙钛矿太阳能电池常用的电荷传输材料，电子传输材料TiO2由于自身电荷迁移率低(仅10-4 cm2·V-1·s-1)、捕获态密度高和导带能级不匹配等不足限制电池性能，空穴传输材料Spiro-OMeTAD由于自身空穴迁移率和导电性较低，必须经过添加剂掺杂并且置于空气中氧化才能够达到一定的效率，由于空气气氛的不确定性，导致电池效率的重复性和稳定性较差。而杂多酸在其它薄膜太阳能电池中得到了诸多应用，在改善电荷传输并提升电池性能得到了较好的验证。 2.研究目的与意义 通过制备钨系多酸修饰的TiO2和spiro-OMeTAD纳米复合物电极，以及多酸介孔层或者空穴传输层，鉴于多酸优异的电学性能和氧化性，复合物电极材料的电学性能、电荷提取/传输性能得到明显提高，电极导电性预计提高1倍以上。将上述钨系多酸修饰的TiO2和spiro-OMeTAD纳米复合物电极用于钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池的光伏性能将得到明显地提高，其效率比空白电池预计提高20%以上，并且效率重复性和稳定性也得到一定的改善和提高，电池效率滞后性也得到一定的抑制。通过研究钙钛矿太阳能电池内部电荷的动力学行为，揭示钨系多酸调控与电池性能提高之间的相互影响机制，为多酸在钙钛矿太阳能电池的应用提供理论性基础，为钙钛矿太阳能电池未来商业化提供解决思路。 3.主要论点与论据 (1) 钙钛矿太阳能电池是一类价格便宜，材料来源广泛，理论性能高的薄膜太阳能电池，钙钛矿太阳能电池将来有望解决当前以及未来能源的需求，替代传统的化石能源，实现"碳达峰和碳中和"目标；(2) 由于多酸在其它各类薄膜太阳能电池中已经得到了诸多的应用和证实，确实提高了电池的性能，杂多酸将可以有效解决钙钛矿太阳能电池中电荷传输性能差，进而提高电池性能的目的；(3) 杂多酸的溶解性和半导体特性受到反荷离子种类的影响，因此调控反荷离子的种类可以改变材料的性能，进而调控电池的性能。 4.创建与创新 通过改变元素组成和反荷离子的种类调节合成杂多酸PW12，PW11V和SiW11Mn；以能级匹配为导向，将合成的PW12与TiO2、PW11V与spiro-OMeTAD复合掺杂构筑纳米复合物电荷（电子和空穴）传输层，以及直接构筑SiW11Mn杂多酸电荷传输层，调控钙钛矿太阳能电池光生电荷的传输性能，提高钙钛矿太阳能电池的光电性能；通过对光生载流子的动力学行为研究来揭示杂多酸PW12，PW11V和SiW11Mn与电池性能提高的内部机理，是本项目最具特色的部分，项目研究为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供理论和实验指导。 5.社会经济效益，存在问题 太阳能电池是一种洁净且高效的太阳能利用技术，在航天、交通运输、建筑以及军事领域都有非常广泛的应用。因此就解决当前的能源和环境的全球共性问题来说，钙钛矿太阳能电池的研究将具有很大的社会价值和不可估量的经济效益。在未来，高效低成本钙钛矿太阳能电池的成功商业化应用将会大幅度降低目前太阳能利用的成本，给新能源的利用带来一次新的革命。 项目研究多集中研究在小面积电池的研究，评价课题研究思路的有益性效果，所以仍需探索多酸调制对大面积电池性能及内部电荷动力学传输机制的影响规律；项目研究未对其它组成和结构类型的多酸进行考察并研究其在钙钛矿太阳能电池中性能提高的有益效果；此外，多酸对钙钛矿材料本身的形貌和性能调控仍需要去进一步探索，开辟多酸在电池领域的应用。 6.历年获奖情况 研究取得了较好的研究成果，在国内外著名期刊杂志发表论文共计6篇，其中SCI论文5篇，核心期刊论文1篇，单篇最高影响因子9.965；出版专著1部；授权1项发明专利；培养3名硕士研究生获得硕士学位，1位研究生成功读取黑龙江大学的博士；参加了由中国科学院光化学重点实验室等共同承办的第七届新型太阳能电池科学技术会议；指导学生参加了黑龙省"挑战杯"比赛获得省级金奖，本人获得优秀指导教师。

齐齐哈尔大学

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