于納米結(jié)構(gòu)的新型柔性纖維基可編織光伏器件重要基礎(chǔ)問題研究課件

1、項(xiàng)目名稱：基于納米結(jié)構(gòu)的新型柔性纖維基可編織光伏器件重要基礎(chǔ)問題研究首席科學(xué)家：鄒德春 北京大學(xué)起止年限：2011.1至2015.8依托部門：教育部二、預(yù)期目標(biāo)本項(xiàng)目擬充分發(fā)揮纖維基微/納結(jié)構(gòu)新型光伏電池的可編織和界面/邊際效應(yīng)顯著這兩大特色，深入研究特殊介觀空間內(nèi)納米單元間的光子/載流子傳輸機(jī)理等基礎(chǔ)問題；探索出宏觀器件模塊構(gòu)筑過程中納米器件單元的新穎組裝、集成方式及相關(guān)材料的設(shè)計(jì)和合成新方法；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有突出創(chuàng)新特色的高效率、低成本、柔性光伏電池基元結(jié)構(gòu)，多尺度優(yōu)化電池的高效光子減反和廣譜吸收結(jié)構(gòu)，開發(fā)并完善具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型可編織光伏電池技術(shù)及電池模塊構(gòu)筑新方法，建立新型器件表征體系

2、。具體目標(biāo)及指標(biāo)如下：1 欲闡明非均勻場作用下的光生載流子的分離及輸運(yùn)機(jī)理；建立在極端曲率基底表面多層次多尺度構(gòu)筑具有光電活性的功能納米結(jié)構(gòu)新方法；2 基于微/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，研制出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的、擁有更高效納米載流子通道結(jié)構(gòu)的新型柔性/纖維狀光伏電池器件，效率達(dá)到6以上，電池壽命>1萬小時(shí)。3 合成3-5種適合納米結(jié)構(gòu)光伏器件的新型光敏材料，消光系數(shù)達(dá)到105 M cm-1，研發(fā)2-4種適合納米結(jié)構(gòu)光伏器件的新型固態(tài)載流子傳輸材料；4 建立全譜光響應(yīng)的理論，合成2-3種光電轉(zhuǎn)換效率高于8%的全光譜光電極/光敏材料；5 研制出具有高效光子減反、廣譜吸收特性柔性編織電池模塊，編織電池模塊

3、面積大于100×100mm2。；6 申請發(fā)明專利2030項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文80篇以上；7 培養(yǎng)博士生60名以上，博士后15名以上。三、研究方案總體思路宏觀器件結(jié)構(gòu)與微觀納米結(jié)構(gòu)之間存在巨大的尺度跨度，因此納米材料在宏觀半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用研究遇到了很多障礙，包括：納米尺寸效應(yīng)聚集淬滅、光子減反低效、廣譜吸收實(shí)現(xiàn)困難以及電池材料透光性限制等。挖掘器件介觀結(jié)構(gòu)潛力，優(yōu)化分子聚集體-納米半導(dǎo)體-微米電極復(fù)合體系的多尺度組裝結(jié)構(gòu)，是從根本上調(diào)和結(jié)構(gòu)差異、深化納米材料器件化應(yīng)用的重要研究思路。特別是在我們的前期研究中發(fā)現(xiàn)的源于電極基底非平面結(jié)構(gòu)的超高光電流現(xiàn)象更是為包括新型、高效率光伏電池

4、在內(nèi)的新型光電器件的設(shè)計(jì)提供了全新的途徑，預(yù)示了這類光伏電池的理論最高效率進(jìn)一步提高的可能性。此外，高效捕光是實(shí)現(xiàn)高效光伏電池的前提；傳統(tǒng)的光伏電池中，光子吸收采用透過式（如圖4.1.1A），即入射光子通過折射穿過透明電極、半導(dǎo)體窗口等到達(dá)光敏界面被吸收。傳統(tǒng)電池工作光路結(jié)構(gòu)簡單，但不同界面上反射耗散嚴(yán)重，高效捕光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)切入點(diǎn)極為有限。另外，透光面電極等材料必須兼具高導(dǎo)電性及高透光性，嚴(yán)重限制了電池材料選擇范圍和電池結(jié)構(gòu)、形態(tài)的設(shè)計(jì)自由度。圖4.1.1 不同透光模式示意圖我們的研究思路是利用光伏電池特性對微納限域空間內(nèi)光學(xué)與電子學(xué)行為極為敏感的特點(diǎn)，通過將具有DSSC、CIGS、硅光伏功能的

5、納米單元組裝在微纖維、光纖等介觀結(jié)構(gòu)電極基底上形成新型低成本可編織光伏電池器件，在高效光散射/全反射光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及光敏特性不同的纖維器件混和編織的基礎(chǔ)上構(gòu)建具有高效光子減反、廣譜吸收的光伏電池模塊，從而探索納米結(jié)構(gòu)多尺度組裝在半導(dǎo)體器件學(xué)科中的新應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)高效、柔性可編織的光伏電池及電池模塊。編織結(jié)構(gòu)擁有極高的結(jié)構(gòu)靈活性。納米結(jié)構(gòu)尺寸與光子波長相當(dāng)，散射、衍射行為顯著。通過高比表面積納米結(jié)構(gòu)與介觀編織結(jié)構(gòu)的合理組裝，可以實(shí)現(xiàn)散射式或光波導(dǎo)式的高效光子捕獲（圖4.1.1B、C），取代傳統(tǒng)的透過式光路。這一思路不僅為高效率光子減反、廣譜吸收等光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了全新的切入點(diǎn)，還可使電極材料擺脫

6、透光性的限制，用金屬等環(huán)保、穩(wěn)定、廉價(jià)的高導(dǎo)電性材料取代傳統(tǒng)透明電極材料，大幅度降低成本，提高導(dǎo)電性和器件穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)光伏模塊形態(tài)的多樣性。與平板表面不同，纖維基底表面還可以生長發(fā)育出具有樹根狀的納米發(fā)散結(jié)構(gòu)，更易構(gòu)建高密度光子吸收和電荷分離界面與有序長程載流子傳輸通道共存體系，克服傳統(tǒng)納米尺度的材料和器件在電荷分離以及載流子傳輸方面的瓶頸。圖4.1.2 不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的載流子通道光伏電池形態(tài)從“平板結(jié)構(gòu)”向“編織結(jié)構(gòu)”改變是對傳統(tǒng)概念的一種突破。特別值得一提的是，一維電池單元結(jié)構(gòu)高度對稱，在同一旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)電池輸出功率與入射光角度幾乎沒有關(guān)系。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以顯著降低電池模塊輸出對太陽光入射

7、角的敏感性，也使得本項(xiàng)目的成果更適合移動(dòng)設(shè)備的平穩(wěn)供電以及提高平均日采光效率。此外，高柔性和可編織性極大豐富了光伏電池的外觀形態(tài)，可以滿足國防領(lǐng)域?qū)τ趩伪⒁巴獗銛y式可再生能源系統(tǒng)的特殊應(yīng)用和迫切需求。項(xiàng)目研究將圍繞器件研究這一核心，廣泛開展材料以及機(jī)理的研究，并以最終實(shí)現(xiàn)規(guī)范可信的高效率纖維電池器件作為項(xiàng)目的主要成果。為了保證項(xiàng)目研究數(shù)據(jù)的規(guī)范可信，項(xiàng)目在組織上擬進(jìn)行統(tǒng)一管理，課題組1在研究器件工藝優(yōu)化的同時(shí)，專門負(fù)責(zé)相關(guān)測試規(guī)范的制定。項(xiàng)目研究骨干課題組的纖維結(jié)構(gòu)電池性能數(shù)據(jù)在對外公開發(fā)表前，由項(xiàng)目首席牽頭負(fù)責(zé)安排專人進(jìn)行統(tǒng)一匯總管理?？傮w技術(shù)途徑1) 導(dǎo)電纖維基可編織光伏電池可編織光伏電

8、池模塊的制備既可以從纖維電極基底出發(fā)，先制備柔性纖維電池單元，再編織為相應(yīng)的電池模塊，也可以直接從絲網(wǎng)等編織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電基底出發(fā)，通過納米器件單元的組裝，獲得編織結(jié)構(gòu)的電池模塊：制備方案1：先制備柔性纖維電池單元再編織為相應(yīng)的電池模塊（如圖4.2.1）圖4.2.1纖維柔性染料敏化光伏電池單元制備方案在適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電纖維基底上利用膠體化學(xué)等手段，結(jié)合浸漬-燒結(jié)，熱噴涂等技術(shù)工藝，形成具有多層次微/納結(jié)構(gòu)的多層光功能半導(dǎo)體薄膜，組裝成可以工作的纖維光伏電池。值得一提的是，這里對電極材料同樣不受透光性的限制。接著，對這種纖維狀器件（直徑<0.15mm）按照需求進(jìn)行編織設(shè)計(jì)，利用工業(yè)化的編織定位設(shè)備，

9、對兩個(gè)電極分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)連接，形成符合需要的光電池模塊。最后對電池進(jìn)行必要的封裝保護(hù)?；蛘咧苯訉⒁寻d流子傳輸材料未組裝對電極的功能纖維與對電極纖維混合編織為電池模塊。制備方案2：直接由編織結(jié)構(gòu)導(dǎo)電基底出發(fā)（參見圖4.2.2）通過類似制備方案1的技術(shù)手段，在導(dǎo)電絲網(wǎng)或多股復(fù)合纖維基底上直接組裝相應(yīng)的器件單元，形成編織結(jié)構(gòu)的工作電極。接著與對電極組合，與制備方案1不同，這里的對電極需要有與工作電極相匹配的工作面積。因?yàn)楣庾涌梢杂晒ぷ麟姌O側(cè)進(jìn)入，對電極材料同樣不受透光性的限制，形態(tài)上既可以采用平面結(jié)構(gòu)也可以采用織網(wǎng)結(jié)構(gòu)。最后進(jìn)行必要的封裝保護(hù)，以進(jìn)一步提高電池的穩(wěn)定性。圖4.2.2制備方案

10、2流程示意圖制備方案3：電化學(xué)生長法直接利用導(dǎo)體纖維進(jìn)行電解反應(yīng)，利用電場的調(diào)制作用以及電化學(xué)反應(yīng)在纖維電極表面腐蝕或生長出有序多孔結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑高密度電荷分離界面和有序長程載流子傳輸通道。圖4.2.3 電化學(xué)法制備多孔有序半導(dǎo)體纖維電極制備方案4：模版法以高分子、氧化鋁等為膜材，在纖維上沉積或電化學(xué)腐蝕制備多孔膜模板，然后填充半導(dǎo)體膠體，燒制后模板材料自動(dòng)熱解或用酸堿溶去，留下有序的多孔納米半導(dǎo)體有序結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑高密度電荷分離界面和有序長程載流子傳輸通道。圖4.2.4 模板法制備多孔有序半導(dǎo)體纖維電極2)光纖基光伏電池如4.2.5所示，光纖基光伏電池包括光纖基底和垂直生長在光纖基底表面的單晶納米線

11、。制備過程中，首先在去除光纖皮層的光纖上依次鍍上ITO透明導(dǎo)電層和氧化鋅種晶層。然后通過水熱法生長氧化鋅單晶納米線覆蓋光纖表面。最后對電極進(jìn)行敏化，涂敷空穴傳輸層，組裝對電極，完成單元電池的制備。電池工作過程中，外光從光纖的一端導(dǎo)入，光子沿光纖傳輸過程中多次掠過光纖芯層/ITO界面并部分穿過界面，到達(dá)染料分子被吸收。通過多次的界面反射，大大增加電池對光子的吸收。關(guān)于這類電池，我們?nèi)匀话蜒芯恐攸c(diǎn)放在在柔性導(dǎo)電光纖基底上構(gòu)筑高密度電荷分離界面和有序長程載流子傳輸通道方面。圖4.2.5 三維光纖-納米線混合染料光伏電池設(shè)計(jì)和工作原理示意圖3）光敏及載流子傳輸材料的設(shè)計(jì)合成新結(jié)構(gòu)電池為材料的開發(fā)設(shè)計(jì)提

12、出了新的要求：a) 纖維電極界面張力顯著，光敏膜層厚度需要相應(yīng)減薄才能保證力學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為了充分吸收光子，需要設(shè)計(jì)合成廣譜吸收并具有較高消光系數(shù)的光敏劑；b) 新結(jié)構(gòu)電池中的納米半導(dǎo)體顆粒界面效應(yīng)更加突出，分子在納米界面上的組裝狀態(tài)將顯著影響光子捕獲以及電子注入，界面鍵合基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化；c）對于纖維電極，電荷往往集中在高曲率界面局部，形成畸變的局域高電場，影響到界面能級的彎曲程度，相關(guān)材料的能級結(jié)構(gòu)需要重新匹配。針對新型可編織光伏電池，相關(guān)光敏以及載流子傳輸材料結(jié)構(gòu)需要重新優(yōu)化。研究的光敏材料體系合成包括有機(jī)染料、金屬配合物、無機(jī)化合物及金屬量子點(diǎn)材料、CIGS材料。有機(jī)光敏材

13、料著重從分子結(jié)構(gòu)角度，調(diào)控給/受體基團(tuán)之間的平面共軛結(jié)構(gòu)，拓寬染料吸收范圍；同時(shí)引入超支化基團(tuán)來降低染料分子間的聚集。 有機(jī)光敏材料著重從分子結(jié)構(gòu)角度，調(diào)控給/受體基團(tuán)之間的平面共軛結(jié)構(gòu)，拓寬染料吸收范圍；同時(shí)引入超支化基團(tuán)來降低染料分子間的聚集。 圖4.2.6 新型有機(jī)敏化染料結(jié)構(gòu)示意圖金屬配合物由于存在金屬中心躍遷（MCCT）、金屬配體躍遷（MLCT）、配體金屬躍遷（LMCT）和配體內(nèi)躍遷（ILCT）等多種電子躍遷方式，易產(chǎn)生多樣化的特征吸收?？梢酝ㄟ^配體化學(xué)裁剪調(diào)控其分子軌道能級，進(jìn)而調(diào)控薄膜全光譜吸收。進(jìn)一步設(shè)計(jì)合成多個(gè)系列含有1,10-鄰菲咯啉構(gòu)筑單元作為金屬配位點(diǎn)的大共軛芳環(huán)或芳雜

14、環(huán)體系的有機(jī)半導(dǎo)體分子(如圖4.2.7)，它們一般具有雙端基官能團(tuán)，如巰基和吡啶基雜環(huán)等，利用鄰菲咯啉的雙齒螯合特性和具有不同配位數(shù)和配位構(gòu)型的過渡金屬離子反應(yīng)實(shí)現(xiàn)能級調(diào)制，得到具有不同構(gòu)型的含大p共軛體系的過渡金屬配合物或一維、二維、三維的半導(dǎo)體配位聚合物。圖4.2.7 部分有機(jī)半導(dǎo)體分子結(jié)構(gòu)示意圖基于CIGS、無機(jī)化合物及金屬量子點(diǎn)材料等的無機(jī)光敏材料則著重通過晶格結(jié)構(gòu)以及原子組成來針對性地調(diào)節(jié)材料的能級結(jié)構(gòu)。載流子傳輸材料的發(fā)展分為以下幾個(gè)方面：1）調(diào)節(jié)離子型溶膠分子環(huán)側(cè)基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，以調(diào)節(jié)能級結(jié)構(gòu)，使之適合可編織納米晶光伏電池的研究；2）深入探討含有低聚噻吩衍生物以及其它擴(kuò)展芳雜環(huán)體系

15、為構(gòu)筑單元的有機(jī)金屬半導(dǎo)體，通過納/微米尺度的結(jié)構(gòu)調(diào)控制備其載流子傳輸特性；3）引入一些特殊結(jié)構(gòu)的納米硅材料綜合調(diào)控電池的光譜響應(yīng)特性，并強(qiáng)化載流子傳輸特性。4）半導(dǎo)體納米光電薄膜的制備和性質(zhì)研究半導(dǎo)體納米光電薄膜是納米功能材料的載體。同時(shí)，也希望其對入射光子的吸收轉(zhuǎn)化起到調(diào)制作用，形成對光敏材料吸光特性的一種補(bǔ)充。具體擬采用下列研究方案：1) 光轉(zhuǎn)換調(diào)制薄膜的研究: 通過分子設(shè)計(jì)調(diào)控配位化合物分子軌道能級，使其對特定波長的光子（紫外光和紅外光）有強(qiáng)烈吸收，同時(shí)通過熒光和雙光子發(fā)射等作用將吸收的光轉(zhuǎn)換成易于被電池利用的可見光（如圖4.2.8左）。設(shè)計(jì)合成的光轉(zhuǎn)換配位化合物與某些高分子化合物混溶

16、，通過旋涂或者流延成膜制成透明薄膜材料覆蓋于電池表面（如圖4.2.8右）。由于可見光可以毫無阻礙地從薄膜中透過，而紫外光和紅外光則被薄膜轉(zhuǎn)換成可見光，因此能夠拓寬硅光伏電池的光譜響應(yīng)范圍。圖4.2.8 紫外光和紅外光轉(zhuǎn)換為可見光示意圖以及光轉(zhuǎn)換薄膜器件結(jié)構(gòu)2) 廣譜響應(yīng)型復(fù)合化合物光電極膜層的設(shè)計(jì)和優(yōu)化:利用各種液相納米合成技術(shù)(包括水熱、微波輻照等), 開發(fā)新型可見光響應(yīng)的光催化納米結(jié)構(gòu)薄膜材料。通過采用模板和表面活性劑, 調(diào)節(jié)反應(yīng)物的濃度與配比，控制實(shí)驗(yàn)體系的反應(yīng)溫度、時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)，以控制生長形貌, 形成易于提高光子吸收率的結(jié)構(gòu)。研究同時(shí)兼顧構(gòu)建適合于載流子的分離和電子傳遞的通道，通過將

17、具有層狀、管狀微結(jié)構(gòu)的復(fù)合化合物固載在柔性導(dǎo)電襯墊上, 制成吸收可見光的功能薄膜。3) 柔性硅光伏功能薄膜的研究: 將多晶硅薄膜置于柔性襯底上，或?qū)⒓{米結(jié)構(gòu)硅材料包埋于高分子中，制成纖薄可彎曲的柔性硅光伏電池（如圖4.2.9所示）。圖4.2.9 柔性硅光伏功能薄膜結(jié)構(gòu)利用SEM、AFM、STM、TEM、I-V曲線測量等方法研究所得到自組裝半導(dǎo)體薄膜和器件的形貌及相關(guān)的分子電子學(xué)性質(zhì)，如變溫電導(dǎo)率、變溫光響應(yīng)特性、光伏特性、半導(dǎo)體摻雜特性、庫侖阻塞效應(yīng)、載流子傳輸機(jī)理等。5）光子/載流子傳輸機(jī)理研究采用UV-VIS、FT-IR吸收光譜研究特殊限域空間結(jié)構(gòu)的光吸收率及光譜吸收范圍。采用PL譜測量特

18、殊限域空間結(jié)構(gòu)的熒光淬滅特性，從而研究其中光生電子-空穴對的分離效果。針對不同介觀編織結(jié)構(gòu)的宏觀器件，研究合成條件對熱穩(wěn)定性、帶隙寬度、光譜吸收率及光譜范圍、光生電子-空穴對分離效果的影響，以及對電池性能的影響。綜合采用電化學(xué)分析和復(fù)阻抗譜方法測量不同界面的作用。采用電鏡觀察和成分分析研究其界面結(jié)構(gòu)及擴(kuò)散效應(yīng)。四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年項(xiàng)目全面啟動(dòng)，系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)纖維電池研究平臺；在DSSCs電池的基礎(chǔ)上，探索可編織纖維柔性光伏電池單元的微觀納米結(jié)構(gòu)的制備工藝，實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)的高效填充。系統(tǒng)展開電極基底材料、光敏劑、載流子傳輸材料等相關(guān)電池新材料的探索。系統(tǒng)探索在金屬絲、碳纖維等導(dǎo)電纖維

19、基底表面上生長并調(diào)控ZnO、TiO2、CuO等半導(dǎo)體納米晶體，探究相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對光散射以及載流子傳輸效率等影響規(guī)律。統(tǒng)籌規(guī)劃，建立分工明確、特色突出的研究團(tuán)隊(duì)與纖維電池研究專用平臺；深入挖掘并嚴(yán)格論證可編織纖維柔性光伏電池的新穎結(jié)構(gòu)特性；開發(fā)出23種孔徑適宜、分布均勻、高比表面積的光陽極；結(jié)合編織等工藝的基本要求，明確相關(guān)材料的基本性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)合成23種高效固態(tài)離子型電解質(zhì)；申請發(fā)明專利3-4項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文10-15篇；第二年在第一年的工作基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對固態(tài)/準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)體系DSSCs，系統(tǒng)優(yōu)化纖維光伏電池各組件（納米晶 TiO2多孔膜、固態(tài)電解質(zhì)和對電極），初步開展電池組裝方式

20、以及工藝的研究。系統(tǒng)研究器件單元內(nèi)部載流子/光子傳輸機(jī)理，尤其是復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量傳遞動(dòng)力學(xué)過程、各微結(jié)構(gòu)界面的電荷/離子擴(kuò)散特性的，設(shè)計(jì)相應(yīng)的電池模塊。結(jié)合器件表征，對開發(fā)的載流子傳輸材料、光敏劑、基底材料等相關(guān)電池新材料進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化；嘗試將一維纖維電池單元結(jié)構(gòu)向其它光伏材料體系拓展。制備出23種高性能、環(huán)境友好的新型固態(tài)電解質(zhì)材料和高效光敏材料。柔性可編織纖維DSSCs電池單元效率達(dá)到3%以上。建立編織結(jié)構(gòu)電池內(nèi)部載流子傳輸模型，設(shè)計(jì)優(yōu)化相應(yīng)的編織結(jié)構(gòu)電池模塊。制備出纖維結(jié)構(gòu)的無機(jī)半導(dǎo)體光伏電池原型器件；申請發(fā)明專利4-6項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文15-20篇；第三年進(jìn)一步優(yōu)化不同光伏

21、材料體系的纖維電池單元器件以及制備方法。在前期新型原理型電池模塊研究的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展高效光子減反及廣譜吸收結(jié)構(gòu)的理論設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的原理性證明。結(jié)合理論模擬，進(jìn)一步深入研究光陽極/電解質(zhì)/對電極等界面?zhèn)鬏敊C(jī)制。分別開發(fā)出23種高性能有機(jī)固態(tài)空穴輸運(yùn)材料、光敏劑以及電極基底材料；纖維電池器件效率達(dá)到4以上；優(yōu)化編織結(jié)構(gòu)電池內(nèi)部光學(xué)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)2-3種高效的編織電池模塊結(jié)構(gòu)；申請發(fā)明專利4-7項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文20-30篇；第四年進(jìn)一步推進(jìn)電池新材料的研發(fā)，協(xié)同優(yōu)化固態(tài)空穴輸運(yùn)材料及光敏材料等；優(yōu)化電池單元納米結(jié)構(gòu)，改進(jìn)電池制備工藝，制備出無機(jī)半導(dǎo)體等材料體系的新型柔性、可編織纖維器件單元，

22、并進(jìn)一步組裝實(shí)現(xiàn)具有高效光子減反及廣譜吸收結(jié)構(gòu)的實(shí)際電池模塊；將載流子/光子傳輸機(jī)理的研究由器件單元向器件模塊推進(jìn)。系統(tǒng)探索新型模塊化工藝與電池性能的關(guān)系。篩選出35種適合于柔性纖維電池的電荷傳輸材料和光敏劑；可編織纖維光伏電池效率達(dá)到6%；申請發(fā)明專利4-7項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文20-30篇；第五年深入研究器件模塊化方法，探索材料、工藝方法和模塊結(jié)構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化。進(jìn)一步拓展高效率新型柔性光伏器件模塊結(jié)構(gòu)在不同材料體系中的應(yīng)用研究；探索高效的原理型器件模塊的尺寸放大。進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)。纖維電池單元長度達(dá)1m以上；使編織結(jié)構(gòu)工作電極的面積達(dá)到100×100mm2；最終形成新型高效光伏電池模塊的整套制備方案；申請發(fā)明專利4-7項(xiàng)，發(fā)表高質(zhì)量SCI論文20-30篇；完成項(xiàng)目結(jié)題；一、研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容本項(xiàng)目擬在納米晶纖維光伏電池等前期研究的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持自主知識產(chǎn)權(quán)，圍繞新型編織結(jié)構(gòu)光伏電池的介觀可編織和微觀界面/邊際效應(yīng)顯著這兩大特色，深入研究特殊介觀空間內(nèi)納米單元間的光子/載流子傳輸機(jī)理等基礎(chǔ)問題；探索纖維等大曲率特殊限域空間內(nèi)非均勻電場、非均勻應(yīng)力場環(huán)境對載流子輸運(yùn)機(jī)理以及光生電子-空穴對分離機(jī)理的影響，開發(fā)與電極結(jié)構(gòu)特性匹配的光敏及載流子傳輸材料；逐