飞米兰,一路向西,飞到新西伯利亚附近就开始看日落,因为是逆着地球的自转在飞,日落就显得相当的漫长,太阳肉肉的一点一点的没入云海,非常不情愿的样子,先是一个大大的鸭蛋黄,过了一会再看,还是一个鸭蛋黄,过会再看还是,突然的就有种感觉你这样磨磨蹭蹭的不好吧,能不能快点,那种日落西山,倏然消失引起的莫名惆怅情绪这一刻是不存在的,因为任何一种情感被非期待的拉的过长,都会失去那种瞬间达到峰值的纯粹感受,索然无味起来。浪漫感性的情绪无法沉溺,理性情绪立刻占了上峰,开始计算起这时候飞行速度多块,太阳会一直不落,拿出计算器一算,速度再快一倍到一千六百多公里每小时,飞机相对于太阳的位置就不会变化,太阳就会一直挂在那里。突发奇想,这样的话,如果采用日晷计时,岂不是时间刻度永远不变,那我们会变老吗?再一想就发现真是想多了,还是会的,因为相当于是在绕着地球反方向狂奔,虽然永远过的相同的地方时,可每次跑过日期变更线,就要向后翻一天。胡思乱想中,鸭蛋黄终于沉下去了,然后就是漫长的黄昏,金色的云霞把西南一线天映的明亮灿烂,然后大地是黑色的,苍穹是藏青色的,远远望去仿似有鲲自北冥来,遮天蔽日,张开大嘴欲吞吐天地,只待闭嘴一合,天地一肃,光线全灭。忽有感,望向北方,有古月起于北冥,只见彼处云海沉浮,夜暗如墨,月色如灯,一灯如豆,缓缓升起,顿时让人不由得就生出念天地之悠悠的情感来,是的看了几个小时日落被拉扯的疲惫情绪在这一刻刹那就升华了。就像和一个人不温不火的谈了好久的恋爱,却对另一个人一眼沉沦,瞬间结婚了。所谓生活总会有突然的惊喜,大概就是如此吧,于是看着西南依然有黄昏余韵未消,天色尚亮,北方却暗乌深沉,仅有冷月微光,飞机犹如穿行在阴阳昏晓之间,明暗交割之地,无始无终。
【#我国团队破解钙钛矿电池寿命基因难题#】据中国科学院合肥物质科学研究院网站11月2日消息,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭研究员和田兴友研究员团队与韩国成均馆大学Nam-Gyu Park教授、华北电力大学戴松元教授合作,成功在反式钙钛矿太阳电池研究方面取得新突破。研究团队首次发现钙钛矿阳离子面外分布不均匀是影响电池性能的主要原因,并通过设计1-(苯磺酰基)吡咯(PSP)作为添加剂均匀化钙钛矿薄膜相分布,获得了26.1%的光电转换效率(PCE)。相关成果于2023年11月2日加速在线发表(AAP)在《自然》(Nature)杂志上。
钙钛矿太阳电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于新概念太阳能电池,经过多年发展,传统的界面钝化及结晶调控方法很大程度上推动了电池效率的提升,但近年来相关研究中该电池效率的提升速度明显放缓,相关研究遇到了“瓶颈”。科研人员发现,钙钛矿薄膜内往往不可避免的会发生相分离现象,研究团队前期工作表明有效管理卤素相分离有助于提高器件性能(Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 2213932)。高效率钙钛矿材料往往通过采用纯碘体系下的阳离子掺杂组分获得,尤其是FA1-xCsxPbI3体系,不同的阳离子组分在钙钛矿体相面外方向的分布对钙钛矿体相载流子扩散及界面抽取至关重要。深入研究阳离子面外方向分布,不但有助于理解钙钛矿体相载流子动力学过程,更有望推动钙钛矿太阳电池效率的进一步提升。但是钙钛矿体相的不同阳离子组分分布、以及影响电池稳定性和效率损失的原因目前尚不清楚。
基于此,研究团队从FA1-xCsxPbI3体系出发,通过元素定量分析研究了甲脒(FA)与铯(Cs)阳离子的纵向分布,结合飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)与X射线光电子谱(XPS),深度剖析发现无机Cs阳离子倾向于沉积在薄膜底部,有机FA阳离子在薄膜上界面处富集。在此基础上,研究团队对钙钛矿薄膜晶相分布进行了深度剖析,通过掠入射X射线衍射(GIXRD)与薄膜截面的透射电镜(TEM)分析,证明了在薄膜底部存在面间距较小的晶相,并且在薄膜底部显示出与富Cs钙钛矿相关的特征信号。这些实验充分说明阳离子面外方向的梯度不均匀分布,这也是首次可视化验证了钙钛矿薄膜的阳离子组分在面外不均匀分布。
研究团队通过原位试验方法进一步分析了这种梯度不均匀分布的原因,发现不同阳离子在结晶及相转变过程中的速率差过大是导致组分不均匀的主要原因。进而,团队设计了PSP分子以弥补不同阳离子间的结晶与相转速率差,制备出均匀化的钙钛矿薄膜。这种阳离子组分均匀分布的钙钛矿薄膜有效抑制了由底部富Cs相带来的准I型能级排列,极大程度上提升了载流子寿命及扩散长度,加强了载流子界面抽取。
研究团队利用PSP策略制备的反式钙钛矿太阳电池获得了26.1%的最高效率,认证效率为25.8%。此外,经2500小时最大功率电追踪后(MPPT),未封装的器件仍保持其初始 PCE 的 92% 的可靠运行稳定性。该研究工作表明,通过均匀化钙钛矿组分面外分布可获得优异电池性能,开辟了提升电池器件稳定性的新途径,有望打破钙钛矿太阳电池的效率瓶颈,为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了明确的方向,对推动PSCs走向商业化发展具有重要意义。
中国科学院合肥物质院固体所博士研究生梁政为该论文第一作者,南方科技大学章勇博士、固体所博士研究生徐慧芬为共同第一作者,固体所潘旭研究员为论文的第一通讯作者,固体所叶加久博士、成均馆大学Nam-Gyu Park教授和华北电力大学戴松元教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金、合肥物质院院长基金等项目资助。
图1. 钙钛矿空间垂直的 FA-Cs 相分离:(a)由面外FA-Cs偏析引起的不均匀相分布图;(b)PSP的静电势(ESP)图像和分子结构;(c)对照样品和PSP器件的飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)光谱阳离子分布;(d)基于深度XPS的原子百分比分布;对照样品(e)和PSP处理样品(f)的HAADF透射电子显微镜图像(比例尺参考:200nm);对照样品(g)和 PSP(h)处理的钙钛矿薄膜底部收集的GIXRD 光谱。
图2. FA-Cs相分离的起源:(a)原位同步辐射掠入射广角X射线散射(原位GIWAXS)图谱揭示了结晶和相变过程;对照样品(b)和PSP样品(c)在结晶和相变过程中自由能演化的计算结果示意图;(d-e)X射线吸收精细结构谱(EXAFS)测量的傅里叶变换R空间结果图;(f)根据EXAFS测量计算出的Pb-O配位比图;(g)PSP和PSP(PbI2)络合物的FTIR谱图。
图3. 器件性能:(a)小面积钙钛矿太阳电池的J-V曲线;(b)钙钛矿太阳电池的IPCE曲线;(c)小面积钙钛矿太阳电池以LED模式运行的EQE曲线;(d)1cm2钙钛矿太阳电池的J-V曲线;钙钛矿太阳电池在(e)ISOS L-1I与(f)ISOS D-3标准下的运行稳定性。
钙钛矿太阳电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于新概念太阳能电池,经过多年发展,传统的界面钝化及结晶调控方法很大程度上推动了电池效率的提升,但近年来相关研究中该电池效率的提升速度明显放缓,相关研究遇到了“瓶颈”。科研人员发现,钙钛矿薄膜内往往不可避免的会发生相分离现象,研究团队前期工作表明有效管理卤素相分离有助于提高器件性能(Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 2213932)。高效率钙钛矿材料往往通过采用纯碘体系下的阳离子掺杂组分获得,尤其是FA1-xCsxPbI3体系,不同的阳离子组分在钙钛矿体相面外方向的分布对钙钛矿体相载流子扩散及界面抽取至关重要。深入研究阳离子面外方向分布,不但有助于理解钙钛矿体相载流子动力学过程,更有望推动钙钛矿太阳电池效率的进一步提升。但是钙钛矿体相的不同阳离子组分分布、以及影响电池稳定性和效率损失的原因目前尚不清楚。
基于此,研究团队从FA1-xCsxPbI3体系出发,通过元素定量分析研究了甲脒(FA)与铯(Cs)阳离子的纵向分布,结合飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)与X射线光电子谱(XPS),深度剖析发现无机Cs阳离子倾向于沉积在薄膜底部,有机FA阳离子在薄膜上界面处富集。在此基础上,研究团队对钙钛矿薄膜晶相分布进行了深度剖析,通过掠入射X射线衍射(GIXRD)与薄膜截面的透射电镜(TEM)分析,证明了在薄膜底部存在面间距较小的晶相,并且在薄膜底部显示出与富Cs钙钛矿相关的特征信号。这些实验充分说明阳离子面外方向的梯度不均匀分布,这也是首次可视化验证了钙钛矿薄膜的阳离子组分在面外不均匀分布。
研究团队通过原位试验方法进一步分析了这种梯度不均匀分布的原因,发现不同阳离子在结晶及相转变过程中的速率差过大是导致组分不均匀的主要原因。进而,团队设计了PSP分子以弥补不同阳离子间的结晶与相转速率差,制备出均匀化的钙钛矿薄膜。这种阳离子组分均匀分布的钙钛矿薄膜有效抑制了由底部富Cs相带来的准I型能级排列,极大程度上提升了载流子寿命及扩散长度,加强了载流子界面抽取。
研究团队利用PSP策略制备的反式钙钛矿太阳电池获得了26.1%的最高效率,认证效率为25.8%。此外,经2500小时最大功率电追踪后(MPPT),未封装的器件仍保持其初始 PCE 的 92% 的可靠运行稳定性。该研究工作表明,通过均匀化钙钛矿组分面外分布可获得优异电池性能,开辟了提升电池器件稳定性的新途径,有望打破钙钛矿太阳电池的效率瓶颈,为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了明确的方向,对推动PSCs走向商业化发展具有重要意义。
中国科学院合肥物质院固体所博士研究生梁政为该论文第一作者,南方科技大学章勇博士、固体所博士研究生徐慧芬为共同第一作者,固体所潘旭研究员为论文的第一通讯作者,固体所叶加久博士、成均馆大学Nam-Gyu Park教授和华北电力大学戴松元教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金、合肥物质院院长基金等项目资助。
图1. 钙钛矿空间垂直的 FA-Cs 相分离:(a)由面外FA-Cs偏析引起的不均匀相分布图;(b)PSP的静电势(ESP)图像和分子结构;(c)对照样品和PSP器件的飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)光谱阳离子分布;(d)基于深度XPS的原子百分比分布;对照样品(e)和PSP处理样品(f)的HAADF透射电子显微镜图像(比例尺参考:200nm);对照样品(g)和 PSP(h)处理的钙钛矿薄膜底部收集的GIXRD 光谱。
图2. FA-Cs相分离的起源:(a)原位同步辐射掠入射广角X射线散射(原位GIWAXS)图谱揭示了结晶和相变过程;对照样品(b)和PSP样品(c)在结晶和相变过程中自由能演化的计算结果示意图;(d-e)X射线吸收精细结构谱(EXAFS)测量的傅里叶变换R空间结果图;(f)根据EXAFS测量计算出的Pb-O配位比图;(g)PSP和PSP(PbI2)络合物的FTIR谱图。
图3. 器件性能:(a)小面积钙钛矿太阳电池的J-V曲线;(b)钙钛矿太阳电池的IPCE曲线;(c)小面积钙钛矿太阳电池以LED模式运行的EQE曲线;(d)1cm2钙钛矿太阳电池的J-V曲线;钙钛矿太阳电池在(e)ISOS L-1I与(f)ISOS D-3标准下的运行稳定性。
《楞严经》连载4
阿难言:我尝闻佛开示四众:由心生故,种种法生;由法生故,种种心生。我今思惟,即思惟体,实我心性 。随所合处,心则随有,亦非内外中间三处。
佛告阿难:汝今说言,由法生故,种种心生,随所合处,心随有者。是心无体,则无所合;若无有体,而能合者,则十九界,因七尘合 。是义不然!若有体者,如汝以手自挃其体,汝所知心,为复内出?为从外入?若复内出,还见身中;若从外来,先合见面。阿难言:见是其眼,心知非眼,为见非义。佛言:若眼能见,汝在室中,门能见不?则诸已死,尚有眼存,应皆见物;若见物者,云何名死?阿难!又汝觉了能知之心,若必有体,为复一体?为有多体?今在汝身,为复遍体?为不遍体?若一体者,则汝以手挃一支时,四支应觉 ,若咸觉者,挃应无在;若挃有所,则汝一体,自不能成。若多体者,则成多人,何体为汝?若遍体者,同前所挃 ;若不遍者,当汝触头,亦触其足,头有所觉,足应无知。今汝不然!是故应知,随所合处,心则随有,无有是处。
阿难白佛言:世尊!我亦闻佛与文殊等诸法王子,谈实相时,世尊亦言:心不在内,亦不在外。如我思惟:内无所见,外不相知 。内无知故,在内不成;身心相知,在外非义。今相知故,复内无见,当在中间。
佛言:汝言中间,中必不迷,非无所在。今汝推中,中何为在?为复在处?为当在身?若在身者,在边非中,在中同内 。若在处者,为有所表?为无所表?无表同无,表则无定。何以故?如人以表,表为中时,东看则西,南观成北,表体既混,心应杂乱。阿难言:我所说中,非此二种 。如世尊言:眼色为缘,生于眼识。眼有分别,色尘无知,识生其中,则为心在。佛言:汝心若在根尘之中,此之心体,为复兼二 ,为不兼二?若兼二者,物体杂乱,物非体知,成敌两立,云何为中?兼二不成,非知不知,即无体性,中何为相?是故应知,当在中间,无有是处。
阿难白佛言:世尊!我昔见佛与大目连、须菩提、富楼那、舍利弗四大弟子,共转法 轮。常言:觉知分别心性,既不在内,亦不在外,不在中间,俱无所在 ;一切无着,名之为心。则我无着,名为心不?
佛告阿难:汝言觉知分别心性,俱无在者。世间虚空水陆飞行,诸所物象,名为一切,汝不著者,为在为无?无则同于龟毛兔角,云何不着?有不著者,不可名无 ;无相则无,非无则相,相有则在,云何无着?是故应知,一切无着,名觉知心,无有是处。
阿难言:我尝闻佛开示四众:由心生故,种种法生;由法生故,种种心生。我今思惟,即思惟体,实我心性 。随所合处,心则随有,亦非内外中间三处。
佛告阿难:汝今说言,由法生故,种种心生,随所合处,心随有者。是心无体,则无所合;若无有体,而能合者,则十九界,因七尘合 。是义不然!若有体者,如汝以手自挃其体,汝所知心,为复内出?为从外入?若复内出,还见身中;若从外来,先合见面。阿难言:见是其眼,心知非眼,为见非义。佛言:若眼能见,汝在室中,门能见不?则诸已死,尚有眼存,应皆见物;若见物者,云何名死?阿难!又汝觉了能知之心,若必有体,为复一体?为有多体?今在汝身,为复遍体?为不遍体?若一体者,则汝以手挃一支时,四支应觉 ,若咸觉者,挃应无在;若挃有所,则汝一体,自不能成。若多体者,则成多人,何体为汝?若遍体者,同前所挃 ;若不遍者,当汝触头,亦触其足,头有所觉,足应无知。今汝不然!是故应知,随所合处,心则随有,无有是处。
阿难白佛言:世尊!我亦闻佛与文殊等诸法王子,谈实相时,世尊亦言:心不在内,亦不在外。如我思惟:内无所见,外不相知 。内无知故,在内不成;身心相知,在外非义。今相知故,复内无见,当在中间。
佛言:汝言中间,中必不迷,非无所在。今汝推中,中何为在?为复在处?为当在身?若在身者,在边非中,在中同内 。若在处者,为有所表?为无所表?无表同无,表则无定。何以故?如人以表,表为中时,东看则西,南观成北,表体既混,心应杂乱。阿难言:我所说中,非此二种 。如世尊言:眼色为缘,生于眼识。眼有分别,色尘无知,识生其中,则为心在。佛言:汝心若在根尘之中,此之心体,为复兼二 ,为不兼二?若兼二者,物体杂乱,物非体知,成敌两立,云何为中?兼二不成,非知不知,即无体性,中何为相?是故应知,当在中间,无有是处。
阿难白佛言:世尊!我昔见佛与大目连、须菩提、富楼那、舍利弗四大弟子,共转法 轮。常言:觉知分别心性,既不在内,亦不在外,不在中间,俱无所在 ;一切无着,名之为心。则我无着,名为心不?
佛告阿难:汝言觉知分别心性,俱无在者。世间虚空水陆飞行,诸所物象,名为一切,汝不著者,为在为无?无则同于龟毛兔角,云何不着?有不著者,不可名无 ;无相则无,非无则相,相有则在,云何无着?是故应知,一切无着,名觉知心,无有是处。
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