成名三十载,累计38万次引用,H因子276!10万名顶级科学家中排名第一!

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名师简介

Michael Grätzel,瑞士洛桑理工学院教授,1944年出生于德国,77岁高龄,目前仍活跃在光伏科研一线(科学家常态)。

成名三十载,累计38万次引用,H因子276!10万名顶级科学家中排名第一!
他的被引用量近三十年一路高歌,从2008年以后,每年都被引用上万次,2018年甚至接近了3.7万,这数字秒杀了99.9%科学家一辈子的引用量。
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他的总引用量超过了38万,h指数271。2019年斯坦福大学发布的一份排名中,Grätzel在所有领域的10万名顶级科学家名单中名列第一
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打开他的谷歌学术主页,下面是他的排名前十的文章,十篇文章都超过了5000次。被引用第一的文章甚至达到了32245次,发表在1991年,所以他已经成名三十载!成名要趁早非常有用,这38万次的引用量也是需要30年的积累。
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下面介绍下他2020年每个月的代表作。
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成名三十载,累计38万次引用,H因子276!10万名顶级科学家中排名第一!

2020年的第一天,Grätzel等人就发表了一篇Nature Energy1,一群大佬讨论了钙钛矿稳定性测试的标准。考虑到钙钛矿特有的性质,如电场下的离子迁移、可逆降解等因素,他们提出了需要额外的测试步骤。这些步骤和协议并不是为了取代现有的鉴定标准,而是为了统一稳定性评估和了解失效模式。同时,他们建议在出版物中增加这些测试信息,以提高再现性,并使大数据集分析成为可能。
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2月,他们发表了一篇关于染料敏化太阳能电池的文章,发表在Chemical Science杂志上,并作为封面文章2。文章亮点是提出绿色、高效、稳定的基于水溶剂的太阳能电池,符合绿色人工光合作用的概念。该电池的效率是7.02%的,这是迄今为止基于水的最高效率太阳能电池,不含有机溶剂和贵重金属元素。

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两步法制备钙钛矿是Grätzel教授的拿手好戏,这次他们继续拓展这种方法:在手套箱外制备了混合阳离子的高质量钙钛矿薄膜。空气中的湿度对薄膜的质量影响非常大,而且PbI2-2DMSO中间体也是至关重要的结晶要素。他们通过结晶调控,获得了18.4%的小面积电池,和16.5%的1平方厘米电池,文章发表在Nano Energy3.

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黑磷量子点加入到钙钛矿之后可以充当形核位点,这样可以有效调节CsPbI2Br钙钛矿的成核和生长,有效地改善了形貌。黑磷量子点和钙钛矿形成核壳结构,这有助于提高相稳定性,并抑制了黑磷的氧化,二者相互增强,一举两得。基于此, Grätzel等人实现了15.47%的全无机钙钛矿太阳能电池,并增强了电池的稳定性,文章发表在Science Advances杂志上4

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Michael Grätzel偶尔也跨界做量子点电池,五月他们发表了一篇Advanced Materials文章5,他们通过加入硫氰酸胍进行配体交换,并用温和的热退火处理,结果表明, CsPbI3量子点的电荷迁移率和载流子扩散长度显著提高,量子点电池效率达到15.21%,是当时钙钛矿量子点电池效率最高值。

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六月,他们在Angew报道了高稳定性钙钛矿电池文章6。他们通过逐步退火的方法,形成二维钙钛矿保护层来稳定a- FAPbI3。基于三维/二维的钙钛矿太阳能电池达获得了接近23%的效率。此外,电池还表现出了出色的稳定性,在80℃环境下以最大功率跟踪500小时,保持了大约85%的初始效率。

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除了铅钙钛矿,Grätzel也开始做锡钙钛矿太阳能电池。他们在FASnI3体系中加入大体积二价有机阳离子:4-(氨甲基)-哌啶(4AMP),这可以形成一种稳定的D-J混合结构,从而提高稳定性和光电转化效率。最终他们实现了10.9%的效率,并且连续光照500小时运行良好,文章发表在ACS Energy Letters上7
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传输层也是影响钙钛矿电池稳定性的重要因素,Grätzel等人开发了一种新的空穴传输材料,如下图所示,具有对称螺旋构型。这种材料可以获得比较好的电池效率,同时可以提高稳定性,值得一提的是,电池在连续光照400 h下具有良好的长期运行稳定性,和80℃的热稳定性8

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优化完空穴传输层,Grätzel等人又对电子传输层下手了。化学镀液沉积处理的Zn2SnO4的平面钙钛矿电池具有优异的性能和稳定性,钙钛矿电池效率达到了21.3%,在最大功率点连续光照下超过1000 h时,钙钛矿电池的效率仍保持在90%以上9

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10月,Grätzel在Science发表了一篇文章10。他们报道了一种利用MASCN或FASCN蒸汽处理将黄色的FAPbI3钙钛矿薄膜转化为所需的黑相FAPbI3的沉积方法。SCN阴离子促进黑相FAPbI3的形成并使其稳定。他们使用这种薄膜来制备的钙钛矿太阳能电池具有23%能量转换效率。

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冠醚是一种古老的分子,加入到钙钛矿里可以降低表面电子的缺陷浓度,抑制非辐射复合,同时最大限度地降低水分渗透。基于冠醚钝化的器件效率超过了23%,并增强了在稳定性,文章发表在JACS上11

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2020年的最后一个月,Grätzel等人开发出具有高电荷迁移率的空穴传输材料,分子设计是他的强项,毕竟是染料敏化电池的鼻祖。基于新的无掺杂的空穴传输层,效率达到了21.3%,文章发表在ACS Energy Letters12

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总结

Grätzel教授2020年发的文章还是集中在制备方法的优化和传输层的设计,这是他的拿手好戏,期待今年他的更多大作。

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参考文献

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2. F. Bella et al., A water-based and metal-free dye solar cell exceeding 7% efficiency using a cationic poly(3,4-ethylenedioxythiophene) derivative. Chem Sci 11, 1485-1493 (2020).
3. N. Yaghoobi Nia et al., Solution-based heteroepitaxial growth of stable mixed cation/anion hybrid perovskite thin film under ambient condition via a scalable crystal engineering approach. Nano Energy 69, (2020).
4. X. Gong et al., Black phosphorus quantum dots in inorganic perovskite thin films for efficient photovoltaic application. 6, eaay5661 (2020).
5. X. Ling et al., Guanidinium-Assisted Surface Matrix Engineering for Highly Efficient Perovskite Quantum Dot Photovoltaics. Adv Mater 32, e2001906 (2020).
6. Y. Liu et al., Stabilization of Highly Efficient and Stable Phase-Pure FAPbI3 Perovskite Solar Cells by Molecularly Tailored 2D-Overlayers. Angew Chem Int Ed Engl 59, 15688-15694 (2020).
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).
8. S. Akin et al., Cyclopentadithiophene-Based Hole-Transporting Material for Highly Stable Perovskite Solar Cells with Stabilized Efficiencies Approaching 21%. ACS Applied Energy Materials 3, 7456-7463 (2020).
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).
10. H. Lu et al., Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite solar cells. Science 370, (2020).
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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