炸裂！李永舫院士团队，一天2篇Nature正刊！
学术
2024-10-19 12:41
广东
近期，中科院化学所/苏州大学李永舫院士团队在钙钛矿太阳能电池领域再创佳绩，连续发表两篇重量级论文于国际顶尖期刊《Nature》！这是该团队在光电转换材料与器件研究领域取得的重要突破，标志着钙钛矿材料在高效稳定的太阳能电池开发方面迈出了重要一步。两篇文章分别聚焦钙钛矿/有机串联太阳能电池和钙钛矿太阳能电池在昼夜循环条件下的性能优化问题。研究显示，通过开发新型表面钝化剂和应变调控技术，团队成功提升了钙钛矿电池的光电转换效率，并大幅延长了其使用寿命。这一系列成果不仅为钙钛矿太阳能电池的性能提升提供了全新思路，也为其未来的商业化应用奠定了坚实基础。连续两篇《Nature》的发表，不仅展示了李永舫院士团队在钙钛矿领域的卓越科研实力，也引发了学术界的广泛关注。
近年来，钙钛矿在单片串联太阳能电池（TSC）中的应用日益广泛，旨在突破单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。钙钛矿/有机TSC由宽带隙（WBG）钙钛矿太阳能电池（pero-SC）作为前电池和窄带隙有机太阳能电池（OSC）作为后电池构成。由于其优异的稳定性和潜在的高功率转换效率（PCE），这一组合受到了广泛关注。然而，WBG钙钛矿SC通常比常规钙钛矿SC表现出更大的电压损耗，从而限制了TSC的整体性能。钙钛矿/C60界面处的界面复合是其中的一个主要障碍，因此，开发有效的表面钝化策略以提高钙钛矿/有机TSC的PCE成为了研究的关键。为此，中国科学院化学所的李永舫院士、孟磊教授与德国波茨坦大学的Felix Lang教授合作，开发了一种全新的表面钝化剂——环己烷-1,4-二碘化二铵（CyDAI2）。该钝化剂天然存在两种异构体结构，铵基团分别位于环己烷环的同一侧或相对侧（即顺式-CyDAI2和反式-CyDAI2），两种异构体表现出截然不同的表面相互作用行为。研究表明，顺式-CyDAI2的钝化处理有效降低了带隙为1.88 eV的WBG钙钛矿的准费米能级分裂（QFLS）与开路电压（Voc）之间的失配，使Voc提升至1.36 V。通过将顺式-CyDAI2处理后的钙钛矿与窄带隙为1.24 eV的有机活性层结合，构建的单片钙钛矿/有机TSC的PCE达到了26.4%（认证效率为25.7%）。该研究成果以“Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells”为题，发表在最新一期《Nature》杂志上。
近年来，随着硅太阳能电池的商业化经验积累，最先进的稳定性测试标准（ISOS协议）已被广泛采用。然而，虽然太阳能电池在实际使用中经历昼夜交替，大多数加速老化测试仍然基于ISOS-L或ISOS-LC协议来预测其寿命。这种连续光照测试方法可能会低估钙钛矿太阳能电池（pero-SC）的寿命，因为在昼夜循环中，钙钛矿材料中的离子缺陷会引发“疲劳”效应，导致性能下降，但在经过一段时间的休息后性能可能会恢复。此外，钙钛矿的软晶格结构使其在昼夜循环的温度变化下发生膨胀和收缩，这对其性能产生一定的影响。然而，先前的研究往往忽略了温度变化的影响。最近的研究显示，经过两年的昼夜循环测试，与持续光照模式相比，钙钛矿太阳能电池的稳定性存在明显差异。因此，迫切需要改进测试方法，以更好地理解自然循环与连续光照模式对电池寿命的不同影响。为此，苏州大学李永舫院士、李耀文教授、张晓宏教授与瑞典林雪平大学的高峰教授联合开展了相关研究，重点比较了钙钛矿太阳能电池在连续光照模式和自然昼夜循环模式下的降解行为。研究发现，在昼夜循环模式下，电池的降解速度显著加快。其主要原因是昼夜循环中的温度波动导致晶格体积变化，进而引发晶格应变的累积，而在连续光照模式下，应变逐步释放。昼夜循环模式下的晶格应变加速了深陷阱的形成，从而导致器件退化加剧。为了解决这一问题，研究团队设计了一种能够与Pb²⁺离子强配位的苯基硒化合物，用以优化钙钛矿的晶体结构并稳定晶界。最终，该改良后的钙钛矿太阳能电池在认证测试中实现了26.3%的光电转换效率。更重要的是，在昼夜循环模式下，经过优化的器件T80寿命延长了10倍，接近连续光照模式下的寿命值。这项研究表明，通过有效调节晶格应变，可以大幅提高钙钛矿太阳能电池在自然循环条件下的寿命。此外，该研究还突出了为钙钛矿太阳能电池制定更符合实际使用条件的加速老化测试协议的重要性，为推动钙钛矿电池的商业化提供了有力支撑。该研究以“Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells”为题，发表在《Nature》杂志上，Yunxiu Shen、Tiankai Zhang和Guiying Xu为共同第一作者。
综上所述，苏州大学李永舫院士团队再次引领钙钛矿太阳能电池（pero-SC）领域，连续发表两篇重磅论文于《Nature》，展示了其在钙钛矿稳定性与效率提升上的突破性进展。第一篇文章揭示了在昼夜循环下钙钛矿电池的独特退化机制，强调了温度波动引发的晶格应变对电池性能的影响。通过引入强配位的苯基硒化合物，团队成功延长了电池寿命，使其光电转换效率达到26.3%。第二篇研究中，团队创新开发了一种新型表面钝化策略，大幅提升钙钛矿/有机串联太阳能电池的功率转换效率，达到了26.4%。这两项突破展示了钙钛矿电池商业化的巨大潜力，开辟了未来清洁能源的广阔前景。1. Jiang, X., Qin, S., Meng, L. et al. Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08160-y2. Shen, Y., Zhang, T., Xu, G. et al. Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08161-x李永舫，1948年8月10日出生于重庆市，高分子化学家，中国科学院院士，中国科学院化学研究所研究员，苏州大学材料与化学化工学部特聘教授、博士生导师。李永舫于1977年考入华东化工学院抗菌素专业；1979年经学校推荐提前考取该校物理化学专业研究生；1982年获得华东化工学院硕士学位；1986年获得复旦大学博士学位，之后进入中国科学院化学研究所从事博士后研究工作；1988年博士后出站后留所工作；1988年至1991年到日本文部省分子科学研究所进行访问研究；1993年晋升研究员；1996年被评为博士生导师；1997年至1998年到美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校进行访问研究；1998年担任有机固体院重点实验室学术委员会副主任；2012年从中国科学院化学研究所退休，被苏州大学材料与化学化工学部聘为特聘教授；2013年当选为中国科学院院士。李永舫的成长经历并不轻松，从小在农村长大，29岁才考上大学。之后，凭着 “天道酬勤”的信念，他以坚强的意志走出了一条属于自己的科研道路。如今，古稀之年的李永舫仍然扑在教学、科研的第一线，每周都去实验室参与科研，期盼着能让阳光成为绿色能源真正走进千家万户。更令人感动的是，他还坚持给每一届中国科学院大学的本科生上《化学原理》基础课。李永舫说，这些孩子们是国家未来科技振兴的希望。李永舫生于1948年。对于名字中的“舫”字，他说还有一段渊源。自己出生时，父亲正从南京前往川渝地区公干，随同前往的母亲临产，他就降生在四川渠江上的一条船里。“后来起名字，就专门带了一个‘舟’偏旁，以示纪念。”李永舫说。童年的李永舫跟随父亲回到了河南睢县老家，成为了农家子弟。他很聪明，从小学、初中到高中，学习成绩在学校一直名列前茅。当时，李永舫的梦想就是考上清华大学。但是，1966年高中毕业时，他却在“文革”的大潮中失去了高考的机会。1968年，李永舫回到农村做农民。两年后，一个偶然的机会，他来到县城的微生物农药厂当上了化验员。“想上大学，但是没办法，有时候厂里来大学生实习，不管是哪个学校的，我都非常羡慕。”李永舫说。一晃到了1977年，29岁的李永舫业已成家，有了孩子。就在这一年，中断已久的高考重新恢复。得知消息的李永舫第一时间报了名。那一年，他和全国570多万考生一起走进了考场。虽然高中毕业已11年，但李永舫的知识积累并没有减少，加上充分的备考，最后四门科目总分超过350分，其中，数学考了99分、理化考了94分。就这样，他被当时的华东化工学院录取。1978年2月，29岁的李永舫辞去了微生物农药厂的工作，告别父母和自己农村家里的妻儿，怀揣录取通知书登上了商丘开往上海的火车。这趟开往大学的“列车”迟到了11年半，也从此指引他走上了学术研究的道路。年龄差异巨大是那届大学生的普遍特点。李永舫笑道，他们班既有他这样的“叔叔”，也有1960年出生，当时才18岁的小姑娘、小伙子，“同宿舍的6位同学里就数我年龄最大。”在大学里，李永舫攻读的是抗菌素专业。他坦言，自己最喜欢的是数学和物理。之所以第一志愿报考这个专业，与上大学前自己在微生物农药厂化验室的工作有很大关系，希望自己的工作经历能够增加被抗菌素专业录取的可能性。象牙塔的学术世界向李永舫打开了全新的大门，他如饥似渴地学习，弥补已经错失的11年学习时光。不论严寒酷暑，李永舫坚持每天早晨4点起床，夜里10点就寝。当时的上海是全中国最洋气的城市，但是从农村出来的李永舫入学一年半，从没到市区玩过一次。1979年，凭借优异的学习成绩，李永舫入学仅一年半就提前转入该校化学系物理化学专业攻读研究生。1982年，与他同届入学的本科同学年初大学毕业，而李永舫却在当年秋季获得硕士学位。研究生毕业后，李永舫来到复旦大学化学系继续深造，并在1986年取得了博士学位。8年时间完成本硕博连读，这几乎是不可能完成的任务。可是，李永舫做到了。从一位庄稼汉到一位科研学者，他完成了蜕变。用李永舫的话说，这靠的是天道酬勤。1986年，李永舫进入中科院化学所，跟随钱人元先生进行导电聚合物电化学方面的博士后研究。1988年，他留在化学所工作。在此后的30年间，李永舫一直致力于共轭高分子和聚合物太阳能电池光伏材料和器件的研究，并取得了丰硕的成果。从学至今，他先后发表SCI科研论文700多篇，绝对属于高产学者。2013年，李永舫成为中国科学院院士。🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
微算云平台
做计算 找华算！电话：13129551561
