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85后“追光者”，南京大學(xué)譚海仁教授，再發(fā)Nature！創(chuàng)辦「仁爍光能」完成數(shù)億元融資，推動(dòng)科研落地！

時(shí)間：2023-06-09 來(lái)源：瀏覽：

85后“追光者”，南京大學(xué)譚海仁教授，再發(fā)Nature！創(chuàng)辦「仁爍光能」完成數(shù)億元融資，推動(dòng)科研落地！

原創(chuàng) 高分子科學(xué)前沿高分子科學(xué)前沿

高分子科學(xué)前沿

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今天，小編要給大家介紹一位大?！?譚海仁教授 。

譚海仁教授 是南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的教授和博士生導(dǎo)師，他被選入了" 國(guó)家級(jí)青年人才計(jì)劃 "，也是 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題的負(fù)責(zé)人 ，同時(shí)還是 江蘇省"雙創(chuàng)人才"的成員 。譚海仁教授團(tuán)隊(duì)主要關(guān)注以下四個(gè)方面的研究： 1.高效穩(wěn)定單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池；2.全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池；3.硅/鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池；4.智能光伏發(fā)電系統(tǒng)（柔性和建筑光伏等）。他在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和硅基薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究，并帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)取得了一系列令人矚目的成果。他們創(chuàng)造了全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池、平面型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和非晶硅/微晶硅疊層太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。譚海仁教授作為通訊作者或第一作者，在 Science（2） 、 Nature （2）、Nature Energy、Nat. Comm.、Adv. Mater.、Joule、Nano Lett.、Prog. Photovolt.: Res. Appl.、Solar Energy Mater. Solar Cells、Appl. Phys. Lett .等國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了20多篇論文。此外，在膠體量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和太陽(yáng)能燃料等領(lǐng)域，他還與他人合作發(fā)表了40多篇合著論文。這些論文已經(jīng)被引用超過(guò)4700次。目前，譚海仁教授還在承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家計(jì)劃、江蘇省"雙創(chuàng)人才"和江蘇省自然科學(xué)基金等多個(gè)科研項(xiàng)目的主持工作。

值得注意的是，譚海仁老師不但科研厲害，同時(shí)也十分注重推動(dòng)科研成果落地，2022年8月26日，南京大學(xué)現(xiàn)代工學(xué)院教授譚海仁團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的科技孵化企業(yè)-全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池企業(yè)仁爍光能（蘇州）有限公司（仁爍光能）正式宣布完成數(shù)億元Pre-A輪融資,本次募集資金主要用于150MW鈣鈦礦組件量產(chǎn)線落地。

據(jù)聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO沈承勇介紹，截至2022年8月，仁爍光能團(tuán)隊(duì)共有五項(xiàng)疊層電池的世界紀(jì)錄被收錄，分別為小面積全鈣鈦礦疊層電池認(rèn)證效率28.0%、26.4%和24.4%，大面積疊層電池認(rèn)證效率24.2%以及疊層組件認(rèn)證效率21.7%?，F(xiàn)在，仁爍光能團(tuán)隊(duì)柔性全鈣鈦礦疊層電池經(jīng)國(guó)際權(quán)威第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證穩(wěn)態(tài)輸出效率 高達(dá)29% ，為目前報(bào)道柔性鈣鈦礦電池的世界最高效率。

6月8號(hào)，譚海仁教授團(tuán)隊(duì)在《Nature》上發(fā)表了自己的最新研究成果！就讓小編帶大家一起學(xué)習(xí)一下譚海仁教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果。

目前，全鈣鈦礦疊層電池的效率主要受到兩個(gè)方面的限制： 開(kāi)路電壓和填充因子較低 。窄帶隙鈣鈦礦子電池在保持高短路電流密度的同時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)高開(kāi)路電壓和高填充因子，這是限制全鈣鈦礦疊層電池效率的主要原因之一。此外，鉛-錫混合窄帶隙鈣鈦礦薄膜表面存在較高的缺陷態(tài)密度，這種高缺陷態(tài)密度的界面層與電子傳輸層之間造成了嚴(yán)重的界面非輻射復(fù)合損失，限制了全鈣鈦礦疊層電池的光伏性能。為了克服這些問(wèn)題，一種常見(jiàn)的策略是在鈣鈦礦薄膜上進(jìn)行溶液法表面后處理，形成一層二維（2D）鈣鈦礦，從而構(gòu)建2D/3D異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以減少鈣鈦礦電池界面的復(fù)合損失。然而，通過(guò)溶液法表面后處理得到的2D鈣鈦礦存在均一性較差和導(dǎo)電性較低的問(wèn)題，這不利于載流子的界面輸運(yùn)和抽取，從而限制了器件的光伏性能。

為了解決這個(gè)問(wèn)題， 譚海仁教授團(tuán)隊(duì) 開(kāi)發(fā)了一種新型的3D/3D雙層鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)（PHJ）結(jié)構(gòu)：利用真空蒸發(fā)和溶液加工混合法，在鉛-錫混合窄帶隙鈣鈦礦薄膜上生長(zhǎng)一層數(shù)十納米厚的三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦薄膜（FL-WBG）。通過(guò)調(diào)控三維純鉛寬帶隙鈣鈦礦的組分，使其與窄帶隙鈣鈦礦形成Type-II型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)載流子（電子）從鈣鈦礦吸光層向電子傳輸層抽取，降低鈣鈦礦/電子傳輸層C60之間的界面復(fù)合損失，顯著提升了電池的開(kāi)路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率， 最佳性能的窄帶隙鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了23.8%，為目前報(bào)道的最高效率 。在模擬單太陽(yáng)光照下連續(xù)工作600小時(shí)后，封裝的串聯(lián)器件保持了90%以上的初始性能。相關(guān)成果以“All-perovskite tandem solar cells with 3D/3D bilayer perovskite heterojunction”為題發(fā)表在 《Nature》 上。南京大學(xué) 特任副研究員林仁興 、 博士生王玉瑞 和 碩士盧倩文 為論文共同第一作者。

圖1. 3D/3D雙層鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)及窄帶隙鈣鈦礦電池光伏性能

通過(guò)紫外光電子能譜（UPS）測(cè)量，作者觀察到不同鈣鈦礦材料的能級(jí)特征。其中， 經(jīng)過(guò)精細(xì)調(diào)控的FL-WBG鈣鈦礦與鉛錫鈣鈦礦形成了Type-II型能帶異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) 。在費(fèi)米能級(jí)平衡和能帶彎曲的作用下，具有PHJ結(jié)構(gòu)的鉛錫鈣鈦礦能帶朝下彎曲，這使得空穴能夠遠(yuǎn)離位于鉛錫鈣鈦礦表面的缺陷層（DIL），并促進(jìn)電子向電子傳輸層（C60）的遷移，從而減少載流子在缺陷層處的非輻射復(fù)合。

圖2. 有/無(wú)PHJ的鉛錫鈣鈦礦的能級(jí)關(guān)系圖和模擬的光伏性能

為了深入研究PHJ層對(duì)鉛錫鈣鈦礦性能的影響，本研究使用1D-SCAPS進(jìn)行了模擬，考察了表面缺陷層在不同缺陷態(tài)密度和厚度下的光伏性能。模擬結(jié)果顯示，增加表面缺陷層的缺陷態(tài)密度和厚度時(shí)，PHJ鉛錫鈣鈦礦器件的性能受其影響要小于對(duì)照器件。這說(shuō)明， PHJ結(jié)構(gòu)帶來(lái)的場(chǎng)鈍化效應(yīng)減少了鈣鈦礦與電子傳輸層之間的接觸損失，有效地抵消了表面缺陷層對(duì)鉛錫窄帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的影響。

圖3：3D/3D 雙層鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的載流子動(dòng)力學(xué)

基于以上研究和器件設(shè)計(jì)的思路，作者成功地將PHJ窄帶隙子電池與高效的寬帶隙子電池相結(jié)合，創(chuàng)建了一種高性能的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。PHJ結(jié)構(gòu)的引入有效地提升了全鈣鈦礦疊層電池的開(kāi)路電壓、填充因子和轉(zhuǎn)換效率。 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試的效率從26.7%提高到了28.5%，同時(shí)作者還成功制備了一塊面積較大的疊層電池，其效率達(dá)到了26.9%，取得新突破 。