聚焦光子调控 引领光伏发展 我校原子尺度研究团队取得系列研究成果
聚焦光子调控 引领光伏发展
我校原子尺度研究团队取得系列研究成果
光伏是我国重点发展的领域，也是京津冀重点布局的产业。我校材料科学与工程学院长期致力于光伏领域研究，不但为晶龙集团、中环半导体等龙头企业提供了关键技术和核心人才，还在基础研究领域结下了累累硕果。2021年5月12日，我校原子尺度研究团队在国际顶级学术期刊Chemical Society Reviews（IF=42.846）以“Photon management to reduce energy loss in perovskite solar cells”（Chem. Soc. Rev., 2021，DOI: 10.1039/d0cs01488e）为题刊发钙钛矿基光伏领域的综述成果。这是继该团队以我校为第一单位在Acta Materialia （2020, 188, 354）、Adv. Energy Mater. （2021, 202100529）和Nano Energy （2020, 78, 105354）等高水平杂志发表重要研究成果之后，再次取得突破。该综述解析了钙钛矿太阳电池内部的光子能量损耗的重要策略及其调控机制。综述第一作者为陈聪副教授，通讯作者为我校郑士建教授和吉林大学宋宏伟教授。我校材料科学与工程学院/省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室为该综述成果的第一通讯单位。
自2009年首次被发现，钙钛矿太阳电池的研究进展迅猛，曾被Science 期刊评为2013年的十大突破性科技进展之一，目前其单节器件的光电转化效率已经飙升至25.5%，与硅电池构筑的叠层器件已经达到29.5%，成为光伏舞台上的重头戏。尽管钙钛矿太阳电池发展迅速，但其发电效率和成本仍有巨大的提升空间。太阳能转化为电能的主要能量损失源自Shockley-Queisser极限引起的低能光子的无法吸收和高能光子的热化损失。我校原子尺度研究团队陈聪等人近年来重点关注钙钛矿半导体光电材料以及器件的内部光学损耗和缺陷调控的研究，自2019年7月份入职以来，以我校为第一单位在领域内高水平期刊发表多项研究成果。基于课题组以往的研究结果，陈聪等人在此详细综述了钙钛矿太阳电池内部光子管理的调控策略，即包括基于反-斯托克斯发光的上转换、量子剪拆、散射（局域表面等离子共振）、叠层电池、梯度结构、纹理/制绒、抗反射等降低光子损耗的手段。研究团队系统地分析光子管理材料的精细结构、荧光量子效率、材料配比和内嵌位置对提高光伏器件的光电转换效率、光照稳定性、使役环境可靠性的调控作用，从多角度阐释了钙钛矿太阳电池内部的光学和热学损耗机制。本综述论文对钙钛矿基光伏器件，以及光电晶体管、光电化学传感器、光催化以及发光二极管等领域的光子管理调控研究具有极其重要参考价值。
Chemical Society Reviews属于一级学科顶级期刊，是世界化学化工以及材料学科领域公认的最具影响力和权威性的三大综述性学术期刊之一，发表的论文对相关领域的发展具有重要的引领和指导作用。根据Google Scholar（2018）发布的全球学术期刊影响力指标，该刊排名第5，Reviews综述类排名第1。根据科睿唯安《SCI期刊引文分析报告》最新公布数据显示，该期刊的2020年影响因子为42.846。
该综述以及此前发表的多项研究成果，标志着我校科研团队在钙钛矿半导体光伏材料与器件领域的相关前沿性研究受到了国际同行的广泛关注和认可。
作者简介：
陈聪，男，30岁，副教授，博士生导师，河北工业大学“元光学者”特聘岗，于2019年7月份毕业于吉林大学，并于同月加入河北工业大学。研究方向为面向应用的高效与稳定的光伏电池。目前以项目负责人承担国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省高层次留学人才回国资助项目、集成光电子学国家重点联合实验室开放课题等项目。目前以第一作者或者通讯作者在Adv. Energy Mater.（3篇）、Nano Energy（5篇）、Chem. Soc. Rev.、Adv. Sci.、Solar RRL等国际能源领域杂志发表研究论文20余篇，获得授权发明专利2项。担任Sci. Rep.杂志编委，Front. Chem.杂志客座编辑，J. Rare Earth、稀土学报青年编委。于2018.01-2019.01在美国杰克逊州立大学作为访问学者。获得荣誉包括吉林大学力旺精英奖（10万元）、宝钢奖学金“特等奖”、吉林大学十佳研究生、河北工业大学“科技新星”等。
郑士建，河北工业大学教授，博士生导师，2014年入选中科院“百人计划”，2016年入选国家“海外高层次人才引进计划”青年项目。长期致力于金属结构材料与能源材料的原子尺度研究，研究成果揭示了高温、高应力、强辐照等极端使役环境下原子尺度界面结构对高温合金、钛合金、层状金属材料力学性能、抗核辐照损伤性能的影响规律，以及能源电池材料服役过程中原子尺度衰变机制。在Nature Communications、Advanced Materials、Acta Materialia、Scripta Materialia等高水平期刊发表SCI论文104篇，引用3944次，入选2020全球前2%顶尖科学家榜单，并受邀在（国际塑性、损伤与断裂会议等）高水平国际会议上做邀请报告，主持或参与国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目11项。获河北省政府特殊津贴（2019）、天津市创新类领军人才（2019）等荣誉，并任中国电子显微镜学会（2016-至今）等学会理事。
研究团队介绍：
我校原子尺度研究团队（团队负责人：郑士建 教授）于2019年10月份组建，是一支年轻有活力、科研实力雄厚的科研团队。该团队致力于在原子尺度揭示先进材料与器件在服役条件下的显微结构动态演化规律，并在原子尺度设计和开发先进材料与器件，最终实现先进材料与器件的应用。截止目前，该团队已经以河北工业大学为第一单位在Acta Materialia、Adv. Energy Mater.、Nano Energy、河北工业大学学报等杂志发表高水平论文10余篇。团队目前已经获批包括国家自然科学基金、天津市自然科学基金、河北省自然科学基金以及企业横向课题在内多个项目资助。
团队网站：
文章链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/CS/D0CS01488E#!divAbstract
文／董斌 图／陈聪 审核／尹宗毅