任广禹教授 (Alex K.-Y. Jen),香港城市大学教授,是有机高分子光电材料与器件研究领域的国际领军人物之一,在非线性光学高分子电光材料与器件、有机高分子发光材料生物传感器、太阳能电池、生物光学材料和纳米光学材料方面做出了出色的研究工作。
1. AM: 21.73%创纪录效率!柔性钙钛矿太阳能电池
卤化铅钙钛矿和有机太阳能电池(PSC 和 OSC)由于其溶解性和低温加工性而被认为是目前清洁能源应用的主要候选材料。然而,近红外(NIR)区域的大量光子损失和相对较大的光电压缺陷需要改进,以使其能够用于高性能太阳能电池。
为了减轻这些缺点,任广禹等人将低带隙有机体异质结 (BHJ) 层集成到倒置 PSC 中,以构建简便的混合太阳能电池 (HSC)。
通过优化BHJ组件,我们在刚性基底HSC上实现了23.80%的优异的光电转换效率 (PCE),滞后可忽略不计,具有1.146 V的高开路电压 (Voc) 。HSC器件具有超过 950 nm 的扩展光响应,Jsc可达26.07 mA cm-2 。23.80%效率是迄今为止倒置PSC和HSC的最高效率之一。
与单组分PSC和OSC相比,所得器件还表现出优异的长期(超过 1000 小时)环境和光稳定性。更重要的是,柔性 HSC还可以实现21.73%的冠军PCE和出色的机械耐久性,这是迄今为止柔性太阳能电池报告的最高效率。
利用这些令优异的设备性能,研究人员成功地将柔性的HSC集成到可穿戴传感器的电源中,以展示实时温度监测。
2. AEM: 钙钛矿能电池福音!超疏水表面减少铅泄漏
钙钛矿太阳能电池中与环境相关的退化和铅泄漏对其商业化构成了巨大挑战。任广禹等人通过超疏水表面的设计的有效策略,有效了解决这些问题。研究人员使用硫醇官能化的全氟烷基分子通过蒸汽辅助自组装过程对卤化铅钙钛矿膜和金属电极进行化学改性。
由于范德华力,自组装单层的产生倾向于以密集的方式堆积,导致形成最紧密堆积的晶体状分子阵列。这种致密的阵列具有低表面能化学,不仅可以增强已完成器件的耐水性和耐氧性,还可以降低钙钛矿表面的缺陷密度。
这些优点最终将倒置钙钛矿太阳能电池的效率提高到了21.79%,同时显著提高了长期稳定性。更重要的是,硫醇功能化的超疏水阵列可以通过金属硫醇配位效应将大部分未配位的铅离子固定在钙钛矿表面,从而抑制水溶性卤化铅钙钛矿的铅泄漏。
因此,这里指出了一种方法来制造稳定的钙钛矿太阳能电池并减少铅泄漏,这代表了朝着实际应用迈出的重要一步。
3. AEM:碳氢溶剂加工高效率有机太阳能电池
最好使用非卤化溶剂来加工有机太阳能电池,因为它们对人体健康的危害较小。然而,要减轻有机半导体的溶解度和预聚集之间的微妙权衡,以保持与氯化溶剂处理的器件效率相似的高器件效率是一项挑战。需要严格控制处理温度和延迟时间之间的动力学,不可避免地使器件处理复杂化,以实现可重复的性能。
任广禹等人开发了一种简便的方法。通过选择合适的供体/受体材料和微调溶剂组成,在非卤化溶剂中实现适当的溶解度和预聚集。这导致具有高度有序和适当大小的相分离的薄膜。
源自该工艺的有机太阳能电池可实现高达18%的高功率转换效率,这是非卤化溶剂制备的器件报告的最高值。该结果是通过协同减少非辐射损失和增强电荷产生来实现的。
任广禹个人简介
任广禹教授, 1984年获得美国宾州大学化学系有机化学专业博士学位。先后在新泽西州三个高技术公司从事光电材料的研究和开发。1997年在波士顿东北大学化学系任副教授,2000年以来先后担任华盛顿大学(位于西雅图)化学系Boeing-Johnson Chair Professor,材料科学与工程系主任,华盛顿大学先进材料研究所所长。任广禹教授是有机高分子光电材料与器件研究领域的国际领军人物之一,在非线性光学高分子电光材料与器件、有机高分子发光材料生物传感器、太阳能电池、生物光学材料和纳米光学材料方面做出了出色的研究工作,在包括Nature、Nature Materials、Nature Photonics、JACS、Nano Letter、Advanced Materials等学术刊物上发表研究论文550余篇,发明专利五十余项。任广禹教授多次受邀担任国际学术会议主席或共同主席,并在相关研究领域学术会议作大会报告或邀请报告逾350次。鉴于他在有机光电子领域中的杰出贡献,被选为多个专业学会的Fellow,包括SPIE,AAAS,OSA, PMSE, ACS, MRS。2019年7月,任广禹当选欧洲科学院外籍院士。