数理学院林佳博士在国际顶级学术期刊《自然•材料》(Nature Materials)发表高水平研究论文

近日,我校数理学院林佳博士在智能光伏材料的开发与应用研究方面取得了重大突破:在世界上首次设计并制备了一类称之为“热致变色太阳能电池”的器件,结合了光伏发电和热致变色的特征,使得智能光伏玻璃的应用成为可能。这项研究成果的特殊意义在于发现了卤化物钙钛矿材料的新的应用环境,其不仅可以用作低成本高效率的太阳能电池材料,而且具有丰富的相转变现象,可应用于各类可转换光电子器件中,这是一个非常有意义的利用无机卤化物钙钛矿材料的相转变的途径。相关成果近日在线发表在国际顶级学术期刊《自然•材料》(Nature Materials,2017年影响子39.737)上(林佳为第一作者,题目:Thermochromic halide perovskite solar cells,DOI: 10.1038/s41563-017-0006-0),随后国际著名杂志Science以“New smart windows darken in the sun and generate electricity at the same time”为题进行了专题报道,标志着我校在科技创新领域取得了重大突破。

智能光伏玻璃是在光伏玻璃基础上发展而来的,是一种具有很大应用前景的绿色科技。它既可以通过感知外界环境太阳光的强弱自发地改变其颜色实现可调的可见光透过率,也可以同时产生电能供室内的负载使用——具有节能和产能的双重功能。为了实现这一目的,研究者们长期以来都在寻找一种稳定的具有光活性的半导体材料,这种材料可以在透明态(作为玻璃透光)和非透明态(作为太阳能电池进行发电)之间自由可逆地切换,而不损伤其光电性能。

有鉴于此,经过材料的筛选和研发,林佳博士与合作者发现在目前最热门的新型太阳能电池材料——卤化物钙钛矿中存在着一类纯无机的钙钛矿材料,在这种材料中可实现稳定的可逆结构相变(图1a,b)。分子动力学模拟揭示了钙钛矿晶格中空位辅助的相变机理。这种相变可导致其巨大的晶体结构变化,使得无机钙钛矿拥有两个截然不同的态(图1c-e),其中一个态具有很高的可见光透过率,可确保大部分可见光可以透过去,作为普通玻璃透光;而另外一个态则具有很强的光吸收,光透过率降低,作为光伏玻璃能够产生电能。通过选择合适的器件结构和电极材料,可保持整个器件在重复的相转变循环过程中的环境稳定性。这类智能光伏玻璃提供了一种未来智能建筑的理想解决方案——可以控制光的透过率,同时可以合理地利用太阳光的能量,有望作为建筑物的玻璃、屋顶,以及具有其他广泛的应用如移动通信设备,显示元件,以及汽车玻璃及车顶等。

林佳,主要从事新型能源材料及器件的研究,已在Nature Materials, Advanced Functional Materials, Small, JMCC, EES, JPCL等国外著名学术期刊发表SCI论文30余篇。主持国家自然科学基金、上海市自然科学基金等多项项目。博士毕业论文荣获2015年度上海市优秀博士论文,林博士入选了2013年度上海市“晨光计划”和2015年度上海电力学院“电院之星”计划。


1、无机钙钛矿材料的结构相变及吸收和发光性质

数理学院蒋英供稿