报告题目：太阳能材料的理论研究

报告人：尹万健美国可再生能源国家实验室助理研究员

报告时间：2015年1月19日下午2点

报告地点：物理科技楼101

报告摘要：

太阳能作为一种可再生能源，其资源丰富，且无需运输，对环境污染低。而如何提高现有太阳能电池效率以及寻找新型太阳能材料成为当务之急。基于太阳能电池的基本物理原理，利用大型计算机进行材料设计成为寻找新型太阳能材料以及改进现有材料性质的有效手段。

最近在该领域的一些研究进展，主要包括三方面内容：

(1)新型钙态矿电池。我们最近对钙态矿材料进行了系统的研究，发现其具有一系列优越的物理性质。这些性质包括合适的带隙，高电子和空穴迁移率，高光吸收率，浅缺陷能级以及反常的拓扑缺陷性质。这些研究成果揭示了钙态矿型太阳能电池具有与传统薄膜太阳能电池不一样的新工作机理。我们进一步将其新机理概念化并提出了简洁的物理图像，对实验上进一步提高钙态矿太阳能电池效率有直接的指导意义。

(2)薄膜太阳能电池的晶界和位错。薄膜太阳能电池吸收层绝大多数是多晶材料。因此，晶界和位错的物理性质对电池效率有着决定性的作用。一直以来学术界对多晶吸收层中晶界的性质和作用有着很大的争论。我们系统的研究了多晶CdTe,CuInSe2和 Cu2ZnSnSe4的晶界性质，发现这些材料晶界的本征性质都很差，会在能隙中产生深能级。我们进一步提出了缺陷聚集优化晶界的方法，消除这些深能级，提高太阳能电池的效率。结果澄清了之前人们对晶界电子结构上的争论。

(3)光解水电极氧化物的能带调控。发生在氧化物（特别是 TiO2）表面的电化学反应可以用来分解水产生氢能源。但是，过大的能隙使得绝大多数氧化物的光吸收率不高，因而降低能隙成为提高光解水效率的关键。人们传统上利用缺陷单掺杂方法来降低能隙，但这种方法在实验上并没有起到很好的效果。基于半导体表面电化学反应的基本原理，我们提出了一系列方法来降低氧化物能隙同时提高导电性，从而提高太阳光利用效率：（1）提出了对TiO2阴阳离子共掺杂的新方法，发现了共掺(Ta/Nb,N)或 (Mo/W,2N) 可以有效提高TiO2电化学反应效率;(2)首次提出TiO2中的双空穴耦合机制可以有效降低能隙，该机制被同行广泛应用到其他氧化物的能带调控中；(3)首次发现anatase 相的TiO2有一个软的晶向。通过对这个方向加压可以有效降低它的能隙。这些理论结果全部得到了实验的证实，成功地指导了能带调控领域的实验工作。

报告人简介：尹万健博士, 分别于2004年和2009年在复旦大学物理系获物理学学士和博士学位。2009年赴美国可再生能源国家实验室从事博士后研究。2011年被聘为托莱多大学光伏研究中心研究助理教授。他的研究方向主要集中在能源材料的理论与设计以及半导体缺陷的基础理论研究。近五年内发表SCI文章40余篇，其中包括3篇Advanced Materials, 4篇Physical Review Letters和2篇Advanced Energy Materials；被引用700余次；研究成果被Nature Physics、Physics Today、 APS网站头条、 Materialsview、 Materialsview China等知名期刊和网站长篇报道或选为研究亮点。在国际学术会议以及大学做口头报告10多次，其中包括两次美国材料学会春季会议(MRS Spring Meeting)邀请报告。他最近作为项目主要负责人(coPI)分别获得了美国自然科学基金委员会和美国能源部的两项基金资助。