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尤帅:探索前沿科学,追求卓越创新

2024-06-11 14:24:53
来源:科技日报 作者:王延斌 评论:0

  衡量太阳能电池性能的关键在于效率和寿命。然而,制备出满足于商业化要求的高效率、长寿命钙钛矿太阳能组件仍然面临着巨大挑战。

  经过长时间探索,华中科技大学武汉光电国家研究中心博士尤帅和同事们找到了提升器件性能的方法——他们采用分子工程策略设计了系列功能分子,系统研究了钙钛矿太阳能电池中光吸收层、空穴传输层及器件关键表界面的光电性能退化机制,有效增强了上述核心功能层及界面的电学性能和稳定性,显著提升了钙钛矿电池的光电转化效率并延长其工作寿命,为助力钙钛矿太阳能电池这一颠覆性光伏技术的产业化提供了重要技术支撑。相关成果相继刊登于《科学》和《自然·能源》等国际权威学术期刊。

  “神奇的材料”

  人们谈到钙钛矿,常常加一个定语——“神奇的材料”,金属卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本、高光电转化效率等优势,被誉为光伏领域中的颠覆性技术。目前,单节钙钛矿太阳能电池的认证效率已经达到了26.14%,可以与晶硅电池相媲美。然而,制备出满足于商业化要求的高效率、长寿命钙钛矿太阳能电池仍然面临着巨大挑战。其中,钙钛矿太阳能电池中光活性层、空穴传输层及关键表界面的物化特性和电学性能是影响器件性能的核心因素,因此,协同性地研究上述问题对于促进钙钛矿光伏产业的健康发展具有重要的科学价值和现实意义。

  钙钛矿太阳能电池,主要指以有机或无机卤化铅作为光吸收材料的薄膜太阳能电池。其以基础化工品作为原材料,成本低、光电转换效率高。由于光吸收系数高,通过亚微米厚度薄膜就可以实现太阳光的充分吸收,因此电池制备原料用量少,同时钙钛矿材料组分和带隙可调,适用于不同类型太阳能电池结构,比如单结和叠层电池,钙钛矿太阳能电池被广泛地视为光伏“新秀”,具有很好的潜在应用价值。

  早在研究生求学阶段,一次偶然机会,尤帅了解到钙钛矿材料的相关信息,对钙钛矿材料的好奇心由此转换成强烈的动力,使他打定主意深入该领域探究。在导师指导下,尤帅和同事们一起不断发现问题、分析问题、解决问题。大量阅读文献资料、无数次优化实验方案使得他开启了持续性的“白+黑”“5+2”工作模式,深夜奋战实验室成为了他的生活常态。

  挑战与惊喜并存的科研之路

  2020年初,尤帅有幸获得了国家公派留学联合培养博士研究生奖学金,前往瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel院士课题组开展联合培养博士研究生项目的研究。

  在瑞士学习期间,尤帅增长了学术见识,丰富了人生阅历,开阔了国际视野。在此期间,他努力将理论与实践相结合,最终在武汉光电国家研究中心李雄教授和Michael Grätzel院士的共同指导下,实现了钙钛矿太阳能电池稳定性的突破,并以第一作者身份实现了在科学期刊发文的梦想。

  尤帅表示:“在当下时代,世界充满了不确定因素,大量难以解决的复杂问题不断涌现,迫切需要在学科交叉中寻求出路。”因此,他认为科研工作不能仅仅追求本领域研究的深度,还要结合多元学科交叉拓展研究的广度。借助所在单位学科领域优势,依托国家实验室的平台支撑,尤帅正着手研究面向大面积、产业化钙钛矿太阳能电池的理论与关键技术,力争为祖国的科研事业提供坚实的理论基础与技术支撑。

  钙钛矿太阳能电池技术突飞猛进,但其产业化之路任重而道远。如今,拿下了2023年度京博科技奖-化学化工与材料京博优秀博士奖铜奖的尤帅说,将继续致力攻克第三代太阳能电池的科学难题和技术瓶颈,为我国在新能源化学领域的发展贡献自己的绵薄之力。

(责任编辑:韩梦晨)

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