南科大許宗祥團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展

近期，南方科技大學(xué)理學(xué)院副院長(zhǎng)、化學(xué)系教授許宗祥團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦領(lǐng)域取得一研究進(jìn)展，與合作者在化學(xué)和材料、能源領(lǐng)域高水平期刊Nature Communications發(fā)表論文。

鈣鈦礦光伏技術(shù)以其高效率、低成本和優(yōu)異的光吸收特性，在光伏領(lǐng)域取得了顯著成果。超級(jí)電容器作為一種新型能量存儲(chǔ)設(shè)備，具有充放電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。電催化產(chǎn)氨技術(shù)則是一種綠色、可持續(xù)的氨合成方法，有望替代傳統(tǒng)的哈柏-博世法，為化肥產(chǎn)業(yè)提供清潔能源解決方案。這三種新能源技術(shù)在提高能源利用效率、降低環(huán)境污染和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面具有重要意義。

許宗祥課題組在近期研究工作中已設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)多個(gè)新型自組裝(SAM)空穴傳輸材料并有效提升鈣鈦礦光伏器件效率和穩(wěn)定性。進(jìn)一步尋找新的 SAMs 設(shè)計(jì)方法是鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的重要課題。近日，該課題組及合作團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種SAM空穴傳輸材料Bz-PhpPACz，該材料分子結(jié)構(gòu)包含 π-擴(kuò)展咔唑、亞苯基和磷酸基團(tuán)，分別作為端基、連接基和錨定基團(tuán)。這種π-擴(kuò)展的共軛體系加強(qiáng)了SAM分子間的π-π相互作用，從而促進(jìn)了Bz-PhpPACz分子的自組裝過(guò)程，形成了具有親水表面的有序雙層結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)有效地鈍化了鈣鈦礦器件底部的界面缺陷，并顯著提高了界面的電荷提取與傳輸效率。在小面積(0.0715cm2)的器件中，效率達(dá)到了26.46%(認(rèn)證效率26.39%)，并表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。同時(shí)，在1cm2的大面積器件中，效率亦達(dá)到了25.57% (認(rèn)證效率25.21%)，小組件效率達(dá)到22%以上，進(jìn)一步證實(shí)了該材料在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。

圖 1. Bz-PhpPACz結(jié)構(gòu)及鈣鈦礦器件性能

相關(guān)研究成果在Nature Communications上發(fā)表，許宗祥課題組原南科大-哈工大聯(lián)培博士生曲歌平、碩士生張樂(lè)天，原南科大博士生喬穎為該論文的共同第一作者，共同通訊作者包括香港城市大學(xué)教授任廣禹、南科大副教授陳熹翰和許宗祥。