王世敏教授研究:g-C3N4在太阳能电池中应用研究进展

王世敏教授研究:g-C3N4在太阳能电池中应用研究进展

▲第一作者:杨小洁
通讯作者:赵丽教授、王世敏教授
通讯单位:湖北大学
论文DOI:10.1016/j.jmat.2021.01.004

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全文速览

全文主要综述了g-C3N4在染料敏化太阳能电池(DSSC)和钙钛矿太阳能电池(PSC)中的应用研究进展;分析了g-C3N4在DSSC和PSC中的作用机理。最后,确定了DSSC和PSC当前面临的紧迫挑战,并对其进行了改进,以提高效率和稳定性。

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背景介绍

随着社会的不断发展,人们对能源的需求不断增加。环境污染和温室效应日益突出。这些问题促使科学家开发和利用清洁和可再生能源。太阳能的开发利用已成为新能源领域的研究热点。太阳能的利用形式很多,其中光电转换是太阳能电池有效利用的主要形式。太阳能电池是一种将太阳能直接转化为电能的光伏器件,在可再生能源中发挥着重要作用。近年来,二维g-C3N4以其优异的能带结构、电性能、可见光吸收特性、稳定的化学性能、热稳定性等在太阳能电池、储能、超级电容器、催化等领域受到广泛关注。g-C3N4是一种窄带隙半导体,具有很强的可见光吸收能力,可以提高太阳能电池的性能。g-C3N4是一种π共轭材料,有利于光生电子-空穴对的分离。

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本文亮点

本文综述了g-C3N4在太阳能电池中的应用;详细介绍了g-C3N4在染料敏化太阳能电池和钙钛矿型太阳能电池中的应用;讨论了g-C3N4对太阳能电池的改进。

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图文解析

g-C3N4具有合适的带隙,导致约450-460 nm的初始可见光吸收。g-C3N4是一种π-共轭材料,这有利于分离光生电子-空穴对。g-C3N4的表面富含氨基(-NH2)和氮,这有利于其功能化。

王世敏教授研究:g-C3N4在太阳能电池中应用研究进展

▲图1 g-C3N4在染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中的应用

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▲图2 g-C3N4同素异形体:(a)三嗪-,(b)三-s-三嗪基连接模式,(c) g-C3N4的表面基团和性质

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总结与展望

本文综述了g-C3N4在DSSC和PSC中的应用和功能。展望了g-C3N4在太阳能电池中的应用前景。对g-C3N4在DSSC中的应用进行了改进。目前,通过界面工程和添加剂工程可以钝化钙钛矿缺陷,减少缺陷,有效提高电池稳定性和光电转换效率。

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课题组介绍

王世敏教授
1981年9月至1985年7月于湖北大学化学专业获学士学位;
1985年9月至1988年7月于湖北大学有机化学专业获硕士学位;
1995年9月至1999年2月于华中科技大学微电子学与固体电子学专业获博士学位。
一直从事材料化学和功能材料方面的教学和科学研究工作。
现正从事光、电功能分子材料、纳米材料、精细复合材料的制备与应用研究。
2000年获湖北省自然科学二等奖(第一);
2001年获湖北省青年科技奖和“湖北青年五四奖章”;
2001年享受国务院特殊津贴;
2003年获湖北省自然科学二等奖(第四);
2004年获“全国模范教师”称号;
2006年获湖北省自然科学二等奖(第三);
2018年获得湖北省教学成果一等奖(第一)。

赵丽教授
工学博士,教授。
1994.09-1998.07:中国地质大学(武汉),材料科学与工程学院学士学位;
2000.09-2003.07:武汉理工大学,材料学硕士学位;
2003.09-2006.07:武汉理工大学,材料物理与化学博士学位(导师:余家国教授);
2008.09-2010.07:武汉理工大学理学院,博士后;
2010..09-2010.09:武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,国内访问学者;
2016.04-2017.03:美国匹斯堡大学,国外访问学者。
主要研究方向:
1)纳米功能材料的设计与合成;
2)染料敏化太阳能电池和有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池;
3)有机无机复合特种功能薄膜及涂料。

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