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膜拜!80岁老爷子,今年又发2篇Nature/Science正刊!鼻祖级传奇人物,被引近50万次,比我论文字数都多...
学术
2024-10-08 21:30
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Michael Gratzel教授,1944年出生,
被誉为“染料敏化太阳能电池之父”的传奇人物
,
他的引用次数马上就破50万次了
,我估计各位写的总论文字数都没他的引用多吧!
Gratzel教授1944年出生于德国,
今年已经实打实的80岁了
,在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)担任教授,培养了大批优秀的科学人才,桃李满天下,他还是
中科院的外籍院士
。Gratzel教授荣誉和奖杯应该早就拿到手软,希望他能获得诺奖。
他对全球光伏产业的发展产生了深远影响,也为中国光伏界培养了大量的人才,
中国弟子都非常喜欢他,他的办公是被塞满了字画。
即使已经80岁了,Gratzel教授尚未退休,老骥伏枥,志在千里,仍旧活跃在科研一线,
今年又发表了2篇正刊
。
1
Science大作:在空气中制备钙钛矿太阳能电池
产业化难题:
目前钙钛矿产业化如火如荼的进行,产业化遇到的难题之一就是如何在空气中制备钙钛矿。科研可以在惰性气体手套内完成钙钛矿的制备,但是大面积钙钛矿的制备是承受不起手套箱和惰性气体的消耗的,不具备经济性。在高湿度环境下制备钙钛矿薄膜的难度很大,
这是因为大多数溶剂很容易吸湿,导致结晶失控
。
本文方案:
为解决钙钛矿太阳能电池在潮湿环境中结晶难问题,作者引入含氯有机分子形成晶体覆盖层,
有效地阻挡水汽,并保留DMSO-PbI₂配位络合物
。通过多种表征技术,包括XRD、原位UV-Vis等,深入揭示了钙钛矿晶体在湿度条件下的生长机理及其相变。
取得成果:
基于以上方法,在高湿度环境下,实现了24.5%的钙钛矿太阳能电池,未封装的钙钛矿电池在40%至60%的湿度环境下,经过500小时的最大功率点测试后,保持了96%的初始性能,这为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了新的解决思路。
2
Nature大作:突破Cu₂O光电极的晶向限制
Gratzel教授在太阳能电池领域取得了突破,他同时想办法从其它领域更加高效的利用太阳能,其中之一就是光解水产氢。
研究难点:
提升载流子的提取速率,可以有效加快光解水的效率。那么,光生载流子后
,
如何给载流子建立一条‘高速公路’是材料学家要面对的难题。
另外,对于一个材料来说,各向异性是很常见的,找到一个材料的优势取向,就有可能提升载流子提取速率。
解决办法:
Cu₂O是一种无毒、廉价、丰富的材料,且适用于光电化学反应,这使得它成为替代传统贵金属的重要选择。作者采用了一种简单且成本较低的方法,即
液相外延生长方法
,制造出高质量的Cu₂O光电极,并测试了它们在不同方向上的性能。结果发现,
在[111]方向上,Cu₂O能够更好地传导电流,生成的电流比其他方向的高出很多,效果更好
。
液相外延法的技术关键步骤包括:
(1)基底准备:使用不同晶向(如[100]、[110]、[111])的硅片作为基底,经过清洗和表面处理后,确保基底干净并去除了表面氧化物层。
(2)金层缓冲层:在硅基底上先沉积一层薄薄的金层,金层的作用是作为Cu₂O晶体生长的基础,保证接下来的外延生长能够顺利进行。
(3)Cu₂O的沉积:通过电化学沉积法,将Cu₂O材料沉积在金层上。需要精确控制溶液的成分和pH值,来调节生成Cu₂O薄膜的质量和晶向,比如[111]晶向。
(4)后处理:在Cu₂O薄膜上会涂上一层保护层(例如TiO₂)来防止材料在实际运行中的腐蚀和损坏,以提高其稳定性和使用寿命。
取得成果:
这种新型光电极不仅效率高,还非常稳定,能够在长达120小时的测试中稳定工作,几乎没有性能衰减。这种方法可以在大面积基底上生成具有高质量晶体取向的Cu₂O光电极,为大规模生产提供了可能性,它有可能成为未来清洁能源生产中的一种重要材料,不仅能更有效地利用太阳能,还能在实际应用中维持较长时间的稳定运行。
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