納米人編輯部對2018年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是，瑞士洛桑聯邦理工學院的Michael Gr?tzel教授課題組。
MichaelGr?tzel教授課題組開創了介觀材料系統中能量和電子轉移反應領域的研究及其在能量轉換系統中的應用，主要從事有機太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池的研究、以及水分解的光電化學裝置的開發。
下面，我們簡要介紹Michael Gr?tzel教授課題組2018年部分重要成果，供大家交流學習（僅限于通訊作者文章，以online時間為準）。
1.神奇的“樹葉”會發電，奧地利地標建筑用上中國研發丨Joule
浙江大學王鵬與Michael Gr?tzel教授課題組合作首次研制出強耐久且能量轉換效率達10%的無揮發染料敏化太陽能電池。基于理論計算和前期開發的模型染料C218，將氰基丙烯酸電子受體用三元苯并噻二唑-乙炔-苯甲酸替代，合成出具有更寬光譜響應的窄能隙有機染料C268，與寬能隙的染料SC4在二氧化鈦表面共接枝，該器件在85 oC老化1000小時后，能量轉換效率的保有率仍在90%以上，展現出良好的應用前景。
（Joule當期封面，內容為奧地利格拉茨的科技大廈）
Wang P, et al. Stable and Efficient Organic Dye-Sensitized Solar Cell Based on Ionic Liquid Electrolyte. Joule, 2019.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118303349
2. 20%效率，多功能分子調控鈣鈦礦薄膜丨Nature Commun.
Michael Gr?tzel課題組提出一種多功能分子調制概念，可制備出高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。采用的雙功能分子調節劑具有巰基-四唑（S）和苯基銨（N）兩個部分。產生的SN連接方式鈍化鈣鈦礦表面缺陷，并與鈣鈦礦相互作用，誘導FACs基鈣鈦礦的高質量晶粒形成。因此，無需采用反溶劑法，就可以獲得高性能電池。對于1 cm2以上的活性區域，效率超過20％，并且具有優異的工作穩定性。
Bi D, Li X, et al. Multifunction almolecular modulators for perovskite solar cells with over 20% efficiency and highoperational stability. Nature Communications, 2018.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-06709-w
3. 鹵化金剛烷銨提高鈣鈦礦太陽能電池性能丨EES
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率目前受到非輻射復合損失的限制。一個潛在的損失通道是鈣鈦礦層與空穴傳輸層（HTL）的界面處復合。Michael Gr?tzel課題組首次開發出金剛烷基銨鹵化物（ADAHX，X = Cl-，Br-，I-），并可以與鈣鈦礦表面相互作用。因此，ADAHI在加入HTL時會減少非輻射復合，從而提高PSC光電壓，平均值為1.185 V，效率高達22％。相對于帶隙，損耗的最低值僅為365 mV，超過了最高效的硅太陽能電池。采用ADAHI改性HTL的器件在500小時內表現出優異的工作穩定性。
Tavakoli M M, et al. Addition of Adamanty lammonium Iodideto Hole Transport Layers Enables Highly Efficient and Electroluminescent Perovskite Solar Cells. Energy & Environmental Science,2018.
http://dx.doi.org/10.1039/C8EE02404A
4. 超穩高效鈣鈦礦太陽電池丨EES
Michael Gr?tzel聯合Kai Zhu課題組采用bis-PCBM作為反溶劑中的路易斯酸，N-（4-溴苯基）硫脲（BrPh-ThR）作為鈣鈦礦溶液前體中的路易斯堿。路易斯堿和路易斯酸的結合可以協同鈍化鈣鈦礦缺陷，增大晶粒尺寸和改善載流子的分離和傳輸，效率最高可達 21.7％。在室溫下，放置3600 小時后，未密封的電池仍保持初始效率值的93％，同時具有優異的工作穩定性。
Zhang F,et al. Suppressing Defects Through Synergistic Effect of Lewis Base and Lewis Acid for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells. Energy& Environmental Science, 2018.
http://dx.doi.org/10.1039/C8EE02252F
5. DJ結構！苯二甲基胺用于穩定的甲脒基二維鈣鈦礦丨Nano Lett.
二維（2D）鈣鈦礦的間隙存在更大的疏水性有機陽離子，為優異的穩定性提供保障。Michael Gr?tzel等人首次采用新型雙官能團，1,4-苯二基甲銨（PDMA）用于甲脒（FA）基Dion-Jacobson（DJ）二維鈣鈦礦太陽能電池，其特征為BFAn-1PbnI3n+1。研究表明，PDMA基的二維鈣鈦礦器件的效率超過7％，穩定性大幅度提升。這為穩定的鈣鈦礦材料的設計開辟了一條新的途徑。
Li Y, et al. Bifunctional Organic Spacers for Formamidinium-Based Hybrid Dion-Jacobson Two-Dimensional Perovskite SolarCells. Nano Letters, 2018.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03552
6. 三種策略，打造最穩定的平板鈣鈦礦器件！丨AEM
Michael Gr?tzel課題組采用MACl作為結晶助劑，平面SnO2/ TiO2雙層電子傳輸層和碘鈍化鈣鈦礦表面三種策略，制備出平板型鈣鈦礦太陽能電池。效率高達21.65％，開路光電壓（Voc）高達1.24 V，相對于帶隙僅有大約≈370 mV損失；分別在20, 50和65 °C在連續照射500小時，仍保持其初始PCE值的96％，90％和85％，這是目前為止最穩定的平板型鈣鈦礦太陽能電池。
Tavakoli M M, et al. Synergistic Crystal and Interface Engineering for Efficient and Stable Perovskite Photovoltaics. Advanced Energy Materials,2018.
https://doi.org/10.1002/aenm.201802646
7.高穩定性Cu2O光陰極無輔助電壓全水分解丨Nature Catal.
水裂解產氫是獲得清潔化氫能源的重要手段，光電化學水裂解雖然歷經數十年研究，仍然存在一系列問題。其中一個瓶頸問題就是，缺乏高效、穩定、廉價易得的光電極，無法同時滿足高效、穩定、低成本三大指標。Michael Gr?tzel和Jingshan Luo團隊報道了一種基于Cu2O納米線的廉價、高效、穩定的光電陰極。并采用廉價易得的NiMo催化劑取代貴金屬催化劑。構建了無外部供能的全氧化物水裂解裝置，探索了其實際應用可行性。
通過構建Cu2O/Ga2O3同軸納米線p-n結實現光電壓和光電流的共同提升。TiO2保護后修飾NiMo析氫催化劑，與NiFeOx作為助催化劑的BiVO4光陽極組合，實現了堿性體系中無輔助電壓下的水分解。電流達到2.54 mA/cm2，太陽能-氫能轉化效率達到3%，穩定性提高到12 h。
Pan L, et al. Boosting the performance of Cu2O photocathodes for unassisted solar water splitting devices. Nature Catalysis, 2018.
https://www.nature.com/articles/s41929-018-0077-6
課題組簡介：
Michael Gr?tzel教授 瑞士洛桑聯邦理工學院界面與光子學實驗室主任、國際著名科學家，主要從事有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池的研究；開創了介觀材料系統中能量和電子轉移反應領域的研究及其在能量轉換系統中的應用，特別是光伏電池和光電化學裝置，用于將水分解為氫氣和氧氣，以及通過太陽光減少二氧化碳。以及鋰離子電池中的電力儲存。并與BrianO' Regan教授共同發明了染料敏化太陽能電池，后來也被稱為Gr?tzel電池。
在國際學術期刊上發表論文1500多篇，包括Nature、Science、Nat. Nano.、Nat. Mat.、J. Am. Chem. Soc.、Angew.，Adv. Mater.等，論文已被引用超過了227000，H因子218，成為全世界論文引用次數最多的三位科學家之一；撰寫了兩部著作，擁有專利50多項。
曾任美國加大伯克利分校、法國巴黎高師、荷蘭代爾夫特工業大學等世界知名學府客座教授，是瑞士化學會會士、德國科學院院士、以色列化學會榮譽會士、英國皇家化學會會士；多次獲得國際大獎，包括歐洲千禧年創新獎（2000）、英國皇家化學會Faraday獎（2001）、荷蘭Havinga獎（2001）、意大利Italgas獎（2004）、德國Gerischer獎（2005）、以色列Harvey獎（2007）、瑞士化學學會的Paracelsus獎（2008）、菲律賓國王國際科學獎（2008）、Samson總理替代燃料創新獎（2009）、愛因斯坦世界科學獎（2012）、Marcel Benoist獎（2013）。
課題組主頁：
https://lpi.epfl.ch/
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