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黄维院士和陈永华教授团队在Nature Energy(《自然•能源》)报道新型钙钛矿太阳能电池
 添加时间:2020/11/10 发布:
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近年来,二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿材料由于其优越的稳定性和光电性能而成为钙钛矿太阳能电池的研究热点。目前,基于液相法制备的二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿薄膜均由多相混合量子阱结构(multiple quantum wells, MQW)组成,即目标量子阱结构与实际获得的相结构有很大不同。尽管钙钛矿前驱体溶液是严格按照化学计量比的方式配置,也难以在沉积的过程中直接形成目标设计的纯相量子阱薄膜。薄膜中夹杂的其他多相钙钛矿成分对钙钛矿器件的性能和稳定性都有极大的负面影响。同时,二维本征结构的光物理性质被其他混杂相尤其是三维相所掩盖。研究人员一直致力于制备纯相二维钙钛矿薄膜(phase-pure QW),但是到目前为止还无法实现。

针对这一世界性科学难题,南京工业大学先进材料研究院黄维院士团队陈永华教授与澳门大学应用物理及材料工程研究院邢贵川教授合作,在世界上首次报道了一系列不同量子阱宽度的纯相二维Ruddlesden-Popper钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池应用。合作团队创新性地使用一种离子液体有机胺盐(butylammonium acetate,BAAc, 乙酸丁胺),实现前驱体溶液离子配位和分子间相互作用有效调控,获得择优生长的微米级二维层状钙钛矿晶体,实现了有效的载流子分离和电荷传输,最终得到了优异的太阳能电池光电转换效率。同时,纯相量子阱结构使得二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿太阳能电池的稳定性显著提高。该方法成功地为二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿光电器件的性能和稳定性进一步提升提供了新思路,为探索二维Ruddlesden-Popper层状钙钛矿本征光物理性质提供了可能,在这一领域取得了重大创新性突破。


使用传统的碘化丁胺(BAI)和乙酸丁胺(BAAc)离子液体作为间隔阳离子源实现不同量子阱宽度的二维层状钙钛矿薄膜的光学性能表征(瞬态吸收光谱a,b;稳态吸收光谱c,d;稳态荧光光谱e,f)和结构示意图(g,h)


相关研究成果于2020年11月10日以“Two-dimensional Ruddlesden-Popper layered perovskite solar cells based on phase-pure thin films”为题发表于世界顶尖科技期刊—Nature Energy(《自然•能源》),文章全文具体内容详见原文(链接: https://www.nature.com/articles/s41560-020-00721-5,DOI:10.1038/s41560-020-00721-5。合作团队的梁超、顾浩和夏英东为该论文的共同第一作者,陈永华教授、邢贵川教授和黄维院士为该论文的共同通讯作者。



黄维,中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士。教授、博导,有机电子、塑料电子、生物电子、印刷电子与柔性电子学家。

黄维院士是国家重要人才计划特聘教授,国家“杰出青年科学基金”获得者,国家杰出人才计划入选者,“973”项目首席科学家。亚太地区工程组织联合会(FEIAP)主席,俄罗斯科学院名誉博士、英国谢菲尔德大学名誉博士,英国皇家化学会会士、美国光学学会会士、国际光学工程学会会士。曾两次获得国家自然科学奖二等奖、三次获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖一等奖和江苏省科学技术奖一等奖等,以及何梁何利基金“科学与技术进步奖”等,成果入围中国“高等学校十大科技进展”。

黄维院士在柔性电子学、特别是有机电子学等领域取得了大量系统性、创新性的研究成果,以第一或通讯作者身份在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Chemistry、Nature Electronics以及Nature Communications等国际主流SCI学术期刊发表研究论文800余篇,h因子为140,国际同行引用逾90000次,是材料科学与化学领域全球高被引学者。获授权美国、新加坡和中国等国发明专利360余项,出版了《有机电子学》《生物光电子学》《有机薄膜晶体管材料器件和应用》《有机光电子材料在生物医学中的应用》《OLED显示技术》等学术专著。


陈永华,南京工业大学先进材料研究院,教授、博士生导师。国家高层次人才计划入选者,江苏省特聘教授、江苏省杰出青年基金获得者。

陈永华教授2011年中国科学院长春应用化学研究所获理学博士学位,2011-2015先后在美国维克森林大学和凯斯西储大学从事博士后研究工作。

陈永华教授长期围绕有机及钙钛矿光电材料与器件的关键科学问题,开展高效稳定光电器件的研究工作。近年来,在有机及钙钛矿光电材料与器件领域发表论文100余篇,他引4000余次,h因子36。近5年,以第一/通讯作者发表论文50余篇,包括Nature Photonics、Nature Energy 、 Nature Communications、Chemical Society Review、Advanced Materials、Chem、Nano Letters、Angewandte Chemie 等期刊,申请/授权中国专利11项、美国专利1项。撰写英文专著“Organic Semiconductor Heterojunctions and its Application in Organic Light-Emitting Diodes” (Springer Nature)一部和专著章节“White OLED Materials”in “Handbook of Advanced Lighting Technology”(Springer Nature)。主持多项国家及省部级基金项目。


邢贵川,澳门大学应用物理及材料工程研究院,副教授,博士生导师。

邢贵川教授,2003年本科毕业于复旦大学,2011年于新加坡国立大学获得物理学博士学位,其后到新加坡南洋理工大学从事光学、超快光谱学、非线性光谱学和光电子材料与器件等研究工作。

近几年课题组着重于金属卤化物钙钛矿型材料制备、钙钛矿型光电子器件研发及其光谱机理探测分析。在有机及钙钛矿光电材料与器件领域发表论文100余篇,他引13000余次,h因子41。近年来,以第一/通讯作者发表论文80余篇,包括Sciene、Nature Materials、Nature Energy、Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials等期刊,拥有授权美国专利3项,主持多项国家及省部级基金项目。


作者:先进材料研究院;审核:王建浦


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