大佬簡(jiǎn)介
Michael Gr?tzel教授1944年出生，現(xiàn)在已經(jīng)77歲高齡了，還奮戰(zhàn)在科研一線，值得敬佩。他的總引用非?？植?，達(dá)到了40萬次，i10指數(shù)甚至達(dá)到了1419次，也就是說他發(fā)了1419篇被引用10次以上的文章！
他的傳奇人生從1991年開始，當(dāng)時(shí)發(fā)了一篇Nature，模擬光合作用，制備出了染料敏化太陽能電池[1]。在這之后，溶液法制備太陽能電池就備受關(guān)注，而之后的量子點(diǎn)電池、有機(jī)太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池都可以用溶液法制備；這些材料換一種結(jié)構(gòu)又可以做成LED和探測(cè)器等，開枝散葉，整個(gè)光電領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，尤其是近12年的鈣鈦礦電池。
Gr?tzel教授今年四月五號(hào)又發(fā)了一篇Nature，題目為‘Pseudo-halide anion engineering for α-FAPbI3 perovskite solar cells’，靠假鹵素工程來提高將鈣鈦礦太陽能電池效率，認(rèn)證效率為25.2%[2]。
鈣鈦礦太陽能電池文章量可能有10萬篇了，雖然效率很高，但是‘故事’看多了會(huì)膩，何況是要達(dá)到Nature級(jí)別（需要頂級(jí)編?。?。
這一次，Gr?tzel教授再次拿出核武器，用第一性原理計(jì)算+分子動(dòng)力學(xué)模擬，征服了Nature。上一次是去年，用分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)了篇Science[3]。（
普通故事：如下圖所示，加點(diǎn)甲酸根能提高效率，薄膜表征也表明各項(xiàng)指標(biāo)比對(duì)照樣的好。
Gr?tzel教授講故事：我覺得假鹵素能提高效率，對(duì)比表征和器件性能發(fā)現(xiàn)，甲酸根效果最好，不信你再看計(jì)算+模擬。
如下圖，固態(tài)核磁發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦中加入甲酸根并不會(huì)使鉛譜移動(dòng)，說明甲酸根不會(huì)取代碘的位置進(jìn)入晶格。從碳譜發(fā)現(xiàn)，甲酸根在鈣鈦礦中的峰邊寬了，這可能是甲酸根和表面懸掛的鉛離子配位導(dǎo)致的，具體證明見下面分子動(dòng)力學(xué)模擬。
第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)甲酸根與鉛離子有很強(qiáng)的配位。這種強(qiáng)配位可能有助于減緩鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)過程，產(chǎn)生更大的晶粒。分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示，當(dāng)表面碘離子被甲酸鹽陰離子取代，甲酸根可以與FA陽離子形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，此外，由于甲酸根陰離子對(duì)鉛的強(qiáng)親和力，也可以在鉛離子端部表面形成鍵合網(wǎng)絡(luò)，這些可以增加穩(wěn)定性。與Cl、Br、I和BF4相比，甲酸根對(duì)I空位的結(jié)合能最高，而且界面上FA陽離子與甲酸根形成的鍵比與其他陰離子形成的鍵強(qiáng)。綜上，他們認(rèn)為甲酸根通過消除陰離子空位缺陷，實(shí)現(xiàn)性能提升。
最后，SI里又放了大招，把分子動(dòng)力學(xué)模擬視頻放上來：
1. 醋酸根和鉛離子的配位分子動(dòng)力學(xué)模擬：
https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41586-021-03406-5/MediaObjects/41586_2021_3406_MOESM2_ESM.mp4
https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41586-021-03406-5/MediaObjects/41586_2021_3406_MOESM3_ESM.mp4
https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41586-021-03406-5/MediaObjects/41586_2021_3406_MOESM4_ESM.mp4
4. Viedo 4是福利，高效太陽能電池的制備過程（秘籍）：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03406-5
一個(gè)科研工作者要寫的故事比安徒生童話還多！單一核心數(shù)據(jù)不能撐起劇情的起承轉(zhuǎn)，計(jì)算+模擬事半功倍，能有效增加‘劇情’，增加研究深度，提高說服力。
1. O’regan, B. and M.J.n. Gr?tzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO 2 films. 1991. 353(6346): p. 737-740.
2. Jeong, J., et al., Pseudo-halide anion engineering for alpha-FAPbI3 perovskite solar cells. Nature, 2021. 592(7854): p. 381-385.
3. Lu, H., et al., Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI3 perovskite solar cells. Science, 2020. 370(6512).
原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/12/8ed1aaa7e6/
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