个人简介

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刘生忠  教授

2011年至今陕西师范大学/大连化学物理研究所

资深科学家美国United Solar Ovonic LLC2003.042011.09

高级研究员研发部主任,美国BP Solar公司,1998.10-2003.04

资深科学家,应用研发部主任,美国QQC1994.04-1997.07

博士后,美国Argonne National Laboratory1992.08-1994.03

博士,美国Northwestern University1989.08-1992.07

硕士兰州大学1983.09-1986.07

千人计划专家(2011年)

中国侨联 第六届“中国侨界贡献奖” 创新人才(2016年)

电话:029-81530785

E-mail: liusz@snnu.edu.cn

科技部国家重点研发计划评审专家,Scientific Report 编委,Journal of Energy Chemistry期刊Guest Editor,中国科学院大连化物所洁净能源国家实验室太阳能部副部长,陕西省新能源与器件重点实验室主任,陕西省能源新技术工程实验室主任

1. 光电材料和太阳能电池

Optoelectronic materials and solar cells

2. 纳米材料、薄膜材料

Advanced nanomaterials and thin films

Shengzhong (Frank) Liu was selected into the China׳s top talent recruitment program in 2011. He is a professor at Shaanxi Normal University and Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences. He received his Ph.D. degree from Northwestern University (USA) in 1992. Upon his postdoctoral research at Argonne National Laboratory (USA), he joined a few high-tech companies in US for research including nanoscale materials, thin film solar cells, laser processing, diamond thin films, etc. His invention at BP Solar in semi-transparent photovoltaic module won R&D 100 award in 2002. He is the first author and corresponding author for about 100 papers. His present research focuses on HIT solar cells, thin film solar cells, perovskite solar cells, and photoelectrochemical conversion.

基础研究成果已经发表在ScienceNatureScience AdvancesNature CommunicationsEnergy & Environmental ScienceAdvanced MaterialsPhysics Review X等期刊上。几篇论文进入Web of Science高被引论文(top 1%),其中一篇被选为热点论文(top 0.1%)。

先后主持国家重点研发计划课题、基金委项目和多项企业横向课题。

1. 国家重点研发计划:新型纳米材料高效结构优化、功能预测及材料设计,2017/07- 2022/062480.00 万元,课题负责人;

2. 国家重点研发计划:钙钛矿电池关键材料设计制备及高性能柔性器   2016/06-2021/05  848.75万元;

3. 基金委项目:单晶钙钛矿太阳能电池设计研究:单晶薄膜和掺杂   2017/01-2020/12  31万元  课题负责人.  

4.高性能、低成本透明导电薄膜(TCO)制备,2014/07-2016/11800万元,项目负责人;

5.《产业化高效HIT电池及组件的研究与开发》项目HIT电池的技术服务,2016/11-2017/1119.5万元,项目负责人;

6.产业化高效HIT电池及组件的研究和开发,2015/10-2016/09104万元,项目负责人;

7.《高效晶硅合作研究》合作项目,2017.5-2022.523万元,项目负责人。

1. 材料科学与工程学院责任教授,为研究生讲授《光伏技术和太阳能电池》,每学年20学时,授课人数约50人;
2. 培养优秀博士后8名,博士后和青年教师获得国家青年科学基金7项
3. 培养博士生5名,硕19,其中4名国家奖学金获得者1名宝钢优秀学生特等奖获得者,1名何崇本奖学金获得者
4. 学生发表SCI论文100余篇,授权专利24,获陕西省科研创新成果一等2项

1.高效率平面结构钙钛矿太阳能电池

   光生载流子的收集效率决定了太阳能电池的电流密度、同时载流子在收集过程中的能量损失将决定太阳能电池开路电压,两者均取决于材料界面处的能级势垒以及其决定的载流子分离、收集的效率。在对二氧化钛基平面钙钛矿电池载流子收集过程的研究中发现,二氧化钛与钙钛矿之间的能级差会造成载流子收集效率的损失。为解决此问题,我们提出采用高导电性、能级可调变性高的离子液体做为修饰层来调节钙钛矿的电池的载流子收集性能。研究发现,离子液体的修饰可有效地降低钙钛矿与二氧化钛之间的能级差异,提高了载流子的收集效率、降低了载流子的界面复合,从而提高了器件的短路电流密度、开路电压和填充因子,最终实现了19.62%的能量转换效率。经过第三方检测机构的认证,器件效率可达19.42%,处于国际领先水平(Energy Environmental Science, 2016, 9, 3071-3078.)。

基于离子液体电荷修饰层的柔性钙钛矿太阳能电池能及结构示意图及其光电转换性能

2.柔性钙钛矿电池最高效率

柔性太阳能电池由于具有质量轻、便携、易于运输、安装等优点被广泛关注。目前,高效钙钛矿太阳能电池均采用典型的三明治构型(阴极/电子传输层/钙钛矿吸光层/空穴传输层/阳极)。一般的界面层材料需要高温处理 (>450 ℃),此过程不仅增加了能耗,同时也限制了高效柔性钙钛矿太阳能电池的应用。针对此问题,在室温下利用磁控溅射制备了高透光、高载流子迁移率的氧化钛电子传输层,基于此材料的柔性钙钛矿薄膜电池效率达到15.07%,是当时的最高效率。(Energy Environmental Science, 2015, 8, 3208-3214)。在此基础上,通过优化钙钛矿界面与电极之间的能级匹配及载流子分离收集过程,进一步将柔性钙钛矿电池的效率提升至16.08%(Advanced Materials, 2016, 28, 5206-5213.)。

柔性钙钛矿电池的结构示意图、截面图及光电转换性能曲线

3.超大尺寸钙钛矿单晶体

利用升温析晶法,首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过2英寸(大于71 mm)。这是世界上首次报道尺寸超过0.5英寸的钙钛矿单晶,相较于多晶钙钛矿薄膜,钙钛矿晶体材料具有非常高的结晶质量、更好的光吸收范围和更高的热稳定性(Advanced Materials, 2015, 27, 5176-5183)。在此方法的基础上,获得了高质量FAPbI3晶体(Advanced Optical Materials, 2016, 4 , 1829-1837)、MAPbBrxI3-x晶体(Journal of Materials Chemistry C 2016, 4, 9172-9178.)、MAPbI3单晶薄片(Advanced Materials 2016, 28, 9204-9209.)。将这些晶体应用于光电探测其中,实现了远优于多晶薄膜的探测性能。

钙钛矿晶体的学照片MAPbX3 (X=Cl, Br, I)