近期，我校環(huán)境友好功能材料教育部工程研究中心、材料科學(xué)與工程學(xué)院、材料物理化學(xué)研究所吳季懷教授課題組在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和光電容器領(lǐng)域取得系列重要研究進(jìn)展。在材料與化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Nano Energy（IF：19.069）、Chemical Engineering Journal（IF：16.744）發(fā)表系列研究論文六篇。Nano Energy和Chemical Engineering Journal均為國(guó)際知名出版社Elsevier旗下能源類(lèi)的著名學(xué)術(shù)期刊，在能源材料領(lǐng)域具有重要影響力，兩者均為中科院一區(qū)TOP期刊。
1．2022屆博士宋澤宇以第一作者在Nano Energy上發(fā)表題為“Photocapacitor integrating perovskite solar cell and symmetrical supercapacitor generating a conversion storage efficiency over 20 %”的研究論文。太陽(yáng)能是清潔的、開(kāi)放的、無(wú)限的，但地球上的太陽(yáng)輻射是波動(dòng)的、間歇的、不穩(wěn)定的。本研究提出了功能組合管理的概念，厘清了光電容器中能量轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與效率的關(guān)系，通過(guò)集成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容器單元，獲得了一種轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)效率超過(guò)20%的光電容器，展示了光充電集成器良好的發(fā)展前景。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128552200578X#fig0030
2．2019級(jí)博士生徐源以第一作者在Nano Energy上發(fā)表題為“PbS/CdS heterojunction thin layer affords high-performance carbon-based all-inorganic solar cells”的研究論文。該文分析了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的離子遷移、鹵化物空位和離子懸空鍵是造成深能級(jí)缺陷、載流子非輻射湮滅和耐侯性差的主要原因，從界面工程的角度，在鈣鈦礦（CsPbI1.5Br1.5）和碳電極之間構(gòu)建了PbS/CdS異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)降低缺陷密度，減少載流子湮滅，增加內(nèi)建電場(chǎng)，抑制離子遷移，提高器件穩(wěn)定性。由此獲得開(kāi)路電壓為1.315V，填充因子為77.06%，光電轉(zhuǎn)換效率為13.65%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這是目前此類(lèi)碳基全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最高效率。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522000581
3．2022屆博士王曉兵以第一作者在Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Lansoprazole, a cure-four, enables perovskite solar cells efficiency exceeding 24%”的研究論文。蘭索拉唑（Lanz）作為一種藥物，用來(lái)治療胃潰瘍；作為一種多功能分子添加劑，對(duì)提升器件的穩(wěn)定性和光電性能有著四重功效：（1）鞏固鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)；（2）鈍化薄膜界面和內(nèi)部的缺陷；（3）調(diào)節(jié)薄膜的費(fèi)米能級(jí)，優(yōu)化功能層之間的能量匹配；（4）延緩鈣鈦礦的晶體生長(zhǎng)速度，改善了晶體質(zhì)量。因此，多功能Lanz添加劑有效地將器件的光電轉(zhuǎn)化效率從21.91%提高到24.05%。此外，Lanz修飾的未封裝器件在連續(xù)光照（100 mW cm?2）500 h后仍能保持其初始效率的84%，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722029047
4．2022屆博士李國(guó)棟以第一作者在Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Surface defect passivation by 1,8-Naphthyridine for efficient and stable Formamidinium-based 2D/3D perovskite solar cells”的研究論文。鈣鈦礦組分的離子性質(zhì)決定了在其制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量缺陷，器件的性能欠佳，穩(wěn)定性差?；贚ewis酸堿配位原理，通過(guò)1,8-萘啶的表面缺陷鈍化，構(gòu)建性能佳穩(wěn)定性好的鈣鈦礦二維/三維（2D/3D）結(jié)構(gòu)。受益于抑制的載流子非輻射湮滅、延長(zhǎng)的載流子壽命、改進(jìn)的電荷傳輸、優(yōu)化的疏水性和α-FAPbI3相穩(wěn)定性。1,8-萘啶修飾的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池獲得23.8%的光電轉(zhuǎn)換效率，且具有令人滿(mǎn)意的穩(wěn)定性和可忽略的遲滯效應(yīng)，為同時(shí)鈍化表面缺陷和構(gòu)建2D/3D鈣鈦礦提供了有效策略。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722032934
5．2020級(jí)博士生陳奇以第一作者在Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“3-Chloroperoxybenzoic acid doping spiro-OMeTAD for improving the performance of perovskite solar cells”的研究論文。研究者將3-氯過(guò)氧苯甲酸（m-CPBA）引入到空穴材料Spiro-OMeTAD。m-CPBA加速了Spiro-OMeTAD的氧化，增加載流子濃度，提高了器件導(dǎo)電性，減少了缺陷和載流子非輻射湮滅。另一方面，m-CPBA的摻雜調(diào)整了空穴材料的能級(jí)，使之與鈣鈦礦更加匹配，減少了能量損失。因此，m-CPBA改性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了23.34%的光電轉(zhuǎn)換效率，值得一提的是，該器件還且具有超過(guò)84%的填充因子。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722037962
6．2020級(jí)碩士生吳趙輝以第一作者在Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Multifunctional molecule of potassium nonafluoro-1-butanesulfonate for high-efficient perovskite solar cells”的研究論文。該文在SnO2電子傳輸層中引入一種多功能分子——九氟丁基磺酸鉀（KFBS）?；贙FBS中鉀離子、磺酸基和九氟丁基的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)了鈣鈦礦與電子傳輸層的能級(jí)匹配，改善了晶體的成膜質(zhì)量，鈍化了界面、晶界和體相的缺陷。使得光電轉(zhuǎn)換效率從原始器件的20.60%提高到改性器件的23.21%。此外，未封裝改性器件在室溫、相對(duì)濕度30%的暗條件下儲(chǔ)存1000 h后仍保持初始效率的90.5%，表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。
文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722033381
以上研究工作均以華僑大學(xué)為唯一完成單位，以吳季懷教授為通訊作者，部分工作以蘭章教授和孫偉海副教授為共同通訊作者。以上研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金-海峽聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U1705256）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51972123、21771066）以及華僑大學(xué)研究生創(chuàng)新基金的大力支持。
通訊作者：
吳季懷，教授，博士生導(dǎo)師，環(huán)境友好材料教育部工程研究中心主任，華僑大學(xué)原副校長(zhǎng)（2004~2019）。主要研究方向新型太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、超吸水材料、光催化納米材料，發(fā)表SCI論文超過(guò)580篇，H因子67。多次入選Elsevier中國(guó)高被引學(xué)者(2014-2021)、英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)Top 1%中國(guó)高被引作者和Clarivate (Web of Science)全球高被引科學(xué)家。
蘭章，教授，博士生導(dǎo)師，華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)，2009年于華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院獲得博士學(xué)位，隨后加入華僑大學(xué)材料物理化學(xué)研究所，主要研究方向?yàn)椋毫孔狱c(diǎn)/鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的納米材料。
孫偉海，副教授，碩士生導(dǎo)師，2015年于北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院獲得博士學(xué)位，2015-2017在北京大學(xué)物理系介觀(guān)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究。2017年至今，華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院任教，主要研究方向?yàn)楣怆姴牧吓c器件。
環(huán)境友好功能材料教育部工程研究中心：
工程中心于2009年經(jīng)教育部批準(zhǔn)，依托華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建設(shè)，中心主任為華僑大學(xué)原副校長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師、吳季懷教授。依托化學(xué)、工程學(xué)2個(gè)ESI全球?qū)W科排名前5‰以及材料科學(xué)（ESI前1％）的高水平學(xué)科，圍繞綠色發(fā)展目標(biāo)，積極開(kāi)展光電新能源材料和器件等前沿性、基礎(chǔ)性、應(yīng)用性研究。
