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成名三十載,累計38萬次引用,H因子276!10萬名頂級科學家中排名第一!

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名師簡介

Michael Gr?tzel,瑞士洛桑理工學院教授,1944年出生于德國,77歲高齡,目前仍活躍在光伏科研一線(科學家常態)。

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他的被引用量近三十年一路高歌,從2008年以后,每年都被引用上萬次,2018年甚至接近了3.7萬,這數字秒殺了99.9%科學家一輩子的引用量。
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他的總引用量超過了38萬,h指數271。2019年斯坦福大學發布的一份排名中,Gr?tzel在所有領域的10萬名頂級科學家名單中名列第一
成名三十載,累計38萬次引用,H因子276!10萬名頂級科學家中排名第一!
打開他的谷歌學術主頁,下面是他的排名前十的文章,十篇文章都超過了5000次。被引用第一的文章甚至達到了32245次,發表在1991年,所以他已經成名三十載!成名要趁早非常有用,這38萬次的引用量也是需要30年的積累。
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下面介紹下他2020年每個月的代表作。
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成名三十載,累計38萬次引用,H因子276!10萬名頂級科學家中排名第一!

2020年的第一天,Gr?tzel等人就發表了一篇Nature Energy1,一群大佬討論了鈣鈦礦穩定性測試的標準。考慮到鈣鈦礦特有的性質,如電場下的離子遷移、可逆降解等因素,他們提出了需要額外的測試步驟。這些步驟和協議并不是為了取代現有的鑒定標準,而是為了統一穩定性評估和了解失效模式。同時,他們建議在出版物中增加這些測試信息,以提高再現性,并使大數據集分析成為可能。
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2月,他們發表了一篇關于染料敏化太陽能電池的文章,發表在Chemical Science雜志上,并作為封面文章2。文章亮點是提出綠色、高效、穩定的基于水溶劑的太陽能電池,符合綠色人工光合作用的概念。該電池的效率是7.02%的,這是迄今為止基于水的最高效率太陽能電池,不含有機溶劑和貴重金屬元素。

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兩步法制備鈣鈦礦是Gr?tzel教授的拿手好戲,這次他們繼續拓展這種方法:在手套箱外制備了混合陽離子的高質量鈣鈦礦薄膜。空氣中的濕度對薄膜的質量影響非常大,而且PbI2-2DMSO中間體也是至關重要的結晶要素。他們通過結晶調控,獲得了18.4%的小面積電池,和16.5%的1平方厘米電池,文章發表在Nano Energy3.

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黑磷量子點加入到鈣鈦礦之后可以充當形核位點,這樣可以有效調節CsPbI2Br鈣鈦礦的成核和生長,有效地改善了形貌。黑磷量子點和鈣鈦礦形成核殼結構,這有助于提高相穩定性,并抑制了黑磷的氧化,二者相互增強,一舉兩得。基于此, Gr?tzel等人實現了15.47%的全無機鈣鈦礦太陽能電池,并增強了電池的穩定性,文章發表在Science Advances雜志上4

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Michael Gr?tzel偶爾也跨界做量子點電池,五月他們發表了一篇Advanced Materials文章5,他們通過加入硫氰酸胍進行配體交換,并用溫和的熱退火處理,結果表明, CsPbI3量子點的電荷遷移率和載流子擴散長度顯著提高,量子點電池效率達到15.21%,是當時鈣鈦礦量子點電池效率最高值。

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六月,他們在Angew報道了高穩定性鈣鈦礦電池文章6。他們通過逐步退火的方法,形成二維鈣鈦礦保護層來穩定a- FAPbI3。基于三維/二維的鈣鈦礦太陽能電池達獲得了接近23%的效率。此外,電池還表現出了出色的穩定性,在80℃環境下以最大功率跟蹤500小時,保持了大約85%的初始效率。

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除了鉛鈣鈦礦,Gr?tzel也開始做錫鈣鈦礦太陽能電池。他們在FASnI3體系中加入大體積二價有機陽離子:4-(氨甲基)-哌啶(4AMP),這可以形成一種穩定的D-J混合結構,從而提高穩定性和光電轉化效率。最終他們實現了10.9%的效率,并且連續光照500小時運行良好,文章發表在ACS Energy Letters上7
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傳輸層也是影響鈣鈦礦電池穩定性的重要因素,Gr?tzel等人開發了一種新的空穴傳輸材料,如下圖所示,具有對稱螺旋構型。這種材料可以獲得比較好的電池效率,同時可以提高穩定性,值得一提的是,電池在連續光照400 h下具有良好的長期運行穩定性,和80℃的熱穩定性8

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優化完空穴傳輸層,Gr?tzel等人又對電子傳輸層下手了。化學鍍液沉積處理的Zn2SnO4的平面鈣鈦礦電池具有優異的性能和穩定性,鈣鈦礦電池效率達到了21.3%,在最大功率點連續光照下超過1000 h時,鈣鈦礦電池的效率仍保持在90%以上9

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10月,Gr?tzel在Science發表了一篇文章10。他們報道了一種利用MASCN或FASCN蒸汽處理將黃色的FAPbI3鈣鈦礦薄膜轉化為所需的黑相FAPbI3的沉積方法。SCN陰離子促進黑相FAPbI3的形成并使其穩定。他們使用這種薄膜來制備的鈣鈦礦太陽能電池具有23%能量轉換效率。

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冠醚是一種古老的分子,加入到鈣鈦礦里可以降低表面電子的缺陷濃度,抑制非輻射復合,同時最大限度地降低水分滲透。基于冠醚鈍化的器件效率超過了23%,并增強了在穩定性,文章發表在JACS上11

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2020年的最后一個月,Gr?tzel等人開發出具有高電荷遷移率的空穴傳輸材料,分子設計是他的強項,畢竟是染料敏化電池的鼻祖。基于新的無摻雜的空穴傳輸層,效率達到了21.3%,文章發表在ACS Energy Letters12

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總結

Gr?tzel教授2020年發的文章還是集中在制備方法的優化和傳輸層的設計,這是他的拿手好戲,期待今年他的更多大作。

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參考文獻

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7. M. Chen et al., High-Performance Lead-Free Solar Cells Based on Tin-Halide Perovskite Thin Films Functionalized by a Divalent Organic Cation. Acs Energy Lett, 2223-2230 (2020).
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9. F. Sadegh et al., Highly efficient, stable and hysteresis?less planar perovskite solar cell based on chemical bath treated Zn2SnO4 electron transport layer. Nano Energy 75, (2020).
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11. T. S. Su et al., Crown Ether Modulation Enables over 23% Efficient Formamidinium-Based Perovskite Solar Cells. J Am Chem Soc 142, 19980-19991 (2020).
12. H. Zhu et al., Low-Cost Dopant Additive-Free Hole-Transporting Material for a Robust Perovskite Solar Cell with Efficiency Exceeding 21%. Acs Energy Lett, 208-215 (2020).

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