《昆明理工大学在反式钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2024-01-04
  • 1月2日,昆明理工大学官网宣布,近日,昆明理工大学材料科学与工程学院陈江照团队在国际知名学术期刊Advanced Materials上以“Functional-group-induced single quantum well Dion-Jacobson 2D perovskite for efficient and stable inverted perovskite solar cells”为题发表文章。

    在2D/3D钙钛矿异质结中,常常生成随机分布的多量子肼2D钙钛矿,这不利于载流子传输和结构稳定性。鉴于此,陈江照等人通过官能团诱导的纯相D-J型2D钙钛矿构筑了高质量2D/3D钙钛矿异质结。前驱体溶液中引入甲氧基促进了均一尺寸胶粒的形成,导致了纯相2D钙钛矿的形成。通过该官能团调控策略提高了三维钙钛矿结构稳定性和加速了载流子传输。改性的电池取得了25.04%的认证效率,电池在最大功率点跟踪1300小时后保持初始效率的96%,在85 °C/85% RH老化1010小时后保持初始效率的89%。

    陈江照教授长期从事新能源材料与器件研究,共发表SCI论文103篇,总引用8300余次,H指数为34。

    其中,以第一或通讯作者发表SCI论文81篇,包括1篇Nat. Energy、7篇Adv. Mater.、1篇Energy Environ. Sci.、1篇Angew. Chem. Int. Ed.、4篇Adv. Energy Mater.、4篇Adv. Funct. Mater.、3篇ACS Energy Lett.、1篇Nano-Micro Lett.、2篇Nano Lett.、2篇Nano Energy等,ESI高被引论文19篇,ESI热点论文4篇,单篇论文最高引用490余次,单篇引用超过100次的论文有16篇,1篇论文入选ACS Energy Letters亮点文章。申请发明专利11项,其中获授权6项。作为主编出版中文专著4部。主持国家自然科学基金面上、兵团重点领域科技攻关计划项目、重庆市自然科学基金面上、重庆市留学人员回国创业创新支持计划重点项目等科研项目8项。获得2023年全球前2%顶尖科学家、新疆天池英才特聘教授、重庆大学百人、第二届沙坪坝区十佳科技青年、2023川渝科技学术大会优秀论文特等奖、重庆市科协岗位创新争先行动三等奖、第三届川渝科技学术大会优秀论文二等奖、2022年Wiley威立中国开放科学高贡献作者奖、2022年Wiley威立中国开放科学年度作者奖等奖励与荣誉10余项。在国内外重要学术会议作邀请报告近20次。担任国际/国内学术会议大会主席(1次)、大会秘书长(1次)和分会场主席(4次)。担任Nature、Nat. Rev. Phys.、Joule等40余本国际知名学术期刊的审稿人。担任Nano-Micro Lett.、Carbon Energy、SmartMat、Nano Mater. Sci.、Sci. China-Mater.、eScience和Carbon Neutrality期刊的青年编委及先进储能材料与技术兵团重点实验室学术委员会委员。

  • 原文来源:https://solar.in-en.com/html/solar-2433535.shtml
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    • 编译者:胡思思
    • 发布时间:2024-09-23
    • 溶液处理有机太阳能电池(OSCs)是一种有潜力的绿色光电转化技术,其在光伏建筑一体化,柔性可穿戴设备领域展现出巨大的应用潜力。器件效率、稳定性和成本是有机光伏商业应用的三个最关键的因素,而在成本方面的研究相对落后于前两者。从材料角度来看,简化分子结构,合成步骤与提纯过程是降低器件成本的有效策略。在器件制备方面,铸态OSCs即活性层不进行任何工艺优化,其无疑是降低成本最有效的方案。然而,从分子设计的角度构筑高效率铸态器件还鲜有报道。在这项工作中,该团队通过逐个增加吡咯单元上亚甲基碳的个数,设计和合成了五个A-DAD-A型小分子(A1-A5)受体材料,以此为基础研究具有不同链长度的小分子受体与铸态器件之间的构效关系。 随着烷基链的延长,薄膜的吸收光谱从A1到A5逐渐发生蓝移,同时最低未占据分子轨道(LUMO能级)也略微上移。 随着LUMO能级的略微上移,有利于实现器件的短路电流密度和开路电压之间的平衡。此外,较长的烷基链还能提高受体和给体之间的相容性。通过原位紫外-可见吸收光谱(图2)结果分析表明,良好的相容性将会延长分子自组装时间,并有助于给体相的优先形成,进而受体沉淀在由给体形成的框架中。相应的成膜过程有助于形成具有合适纤维结构、分子堆叠和垂直相分离的薄膜形貌,从而提高填充因子。因此,基于D18:A3的铸态器件实现了18.29%的最高效率。在该工作中,该团队从分子设计角度,提出了一种构筑高效率铸态器件的有效策略,并明晰了材料结构-成膜过程-器件性能之间的关系,有助于推动有机光伏领域的产业化发展。 图1. (a) A1-A5的化学结构。(b) D18和A1-A5的归一化薄膜吸收光谱。(c) A1-A5在室温下在氯仿中的溶解度。(d) D18和A1-A5的能级。(e) A1-A5纯薄膜在IP和OOP方向上的线切割轮廓。(f) D18和受体的分子间作用力。(g) D18与不同分子之间的堆积模型 图2.A1-3的原位紫外-可见吸收光谱、一维吸收光谱曲线和最大吸收峰位随时间变化曲线
  • 《Nature子刊:钙钛矿太阳能电池研究获重要进展!》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-03-11
    • 3月7日,北京大学工学院周欢萍团队与合作者在碱性调控钙钛矿太阳能电池缺陷性质和结晶动力学的研究中取得重要进展,相关工作发表在著名期刊《自然·通讯》。 论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-09093-1 有机-无机杂化钙钛矿作为一种新兴的光电半导体材料,因其诸多优异的光电特性和低廉的制造成本,而受到了世界范围内的研究人员的广泛关注。从2009年至今,通过对钙钛矿材料性质、太阳能电池器件结构以及相关界面的不断深入研究,钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8%提升到了23.7%。不同于传统的硅材料,有机-无机杂化钙钛矿通常被认为是一种较软的离子晶体,在其多晶薄膜中容易形成各种各样的点缺陷(如空位、间隙离子、反位取代等),它们往往作为非辐射复合中心,影响薄膜的光致发光的量子效率,降低太阳能器件的光伏性能。 近年来,人们一直在努力探索这些缺陷,以揭示其形成和消除的机理。研究发现,缺陷的形成与溶液状态和加工条件息息相关,同时,通过添加合适的添加剂,改变溶液状态,控制薄膜加工条件,可以降低钙钛矿多晶薄膜中缺陷密度,从而提高相应的器件的光电转化效率。然而,目前对于如何大幅度消除各类碘基有机-无机杂化钙钛矿中的深能级缺陷,如间隙碘,还缺少普适可靠的手段。 (a) 弱碱性消除钙钛矿薄膜深能级缺陷示意图。(b) 碱性影响钙钛矿薄膜结晶动力学示意图 针对这一问题,周欢萍课题组及合作者,通过在前驱液中引入碱性物种,促使单质碘杂质在不同的碱性环境下发生歧化反应,有效的抑制和消除了前驱液中的单质碘杂质。同时,碱性的引入进一步地影响了钙钛矿薄膜的结晶动力学和缺陷性质,大幅度提升了相应的钙钛矿光伏器件的开路电压和光电转化效率。该工作深入系统地研究了不同碱性强弱对前驱液中碘单质的歧化反应(碱性介质可使大部分零价碘缺陷还原成碘离子)、成膜过程中黄相黑相的结晶动力学(弱碱性介质有利于光活性相黑相的形成,而强碱性介质则抑制光活性相黑相形成)、钙钛矿薄膜中缺陷态密度的影响。 同时,以乙酸甲脒作为一种“无残留”的弱碱性物质为例,可以有效地调控混卤钙钛矿(FA,MA,Cs)Pb(I,Br)3前驱体中阳离子的化学计量比,同时通过消除前驱液中的碘单质,大幅降低其薄膜中深层缺陷的密度。据此,该课题组成功制备了经美国Newport认证的20.87%效率的混卤钙钛矿太阳能电池,同时,开路电压损失也降低至413 mV,为平面钙钛矿太阳能电池中认证值电压损失最小的器件之一。 太阳能电池光伏性能。(a) PVSK和PVSK-FA器件的电流-电压曲线。(b) 左图:PVSK和PVSK-FA薄膜的吸收和PL光谱;右图:PVSK和PVSK-FA器件开路电压统计直方图。(c) PVSK-FA器件的正反扫。(d) PVSK-FA器件的稳态电流密度和效率。PVSK和PVSK-FA器件的 (e) 瞬态光电压衰减曲线和 (f) 变光强开路电压曲线 该论文的第一作者是周欢萍课题组2016级博士生陈怡华。周欢萍特聘研究员为通讯作者。合作者还包括北京理工大学陈棋课题组、香港科技大学黄勃龙课题组、南京工业大学王建浦课题组、国家纳米中心刘新风课题组、澳门大学邢贵川教授、中国科学院上海高等研究院李东栋研究员等。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京市自然科学基金、先进电池材料理论与技术北京市重点实验室等的联合资助。