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[专家学者] 陕西师范大学材料科学与工程学院新能源材料研究团队刘生忠

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发表于 2017-8-26 08:56:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
刘生忠,男,1963年生,宁夏平罗人。陕西师范大学教授、国家“千人计划”特聘教授。1983年获陕西师范大学理学学士学位,1986年获兰州大学理学硕士学位,1992年获美国西北大学工学博士学位。刘生忠教授研究领域集中在纳米材料、薄膜材料、太阳能光伏材料、电光薄膜的电化学沉积、激光表面处理和光伏技术的开发、放大和生产。研究成果发表在世界著名刊物上,包括美国的《Science》和英国的《Nature》。研究成果引起了广泛重视,其发表在《Science》上的C60分子结构被国际著名杂志长期用作封面照片,发表在英国《Nature》上的成果被许多报纸、刊物报道评论,多篇论文成为被“最多引用的论文”(most cited paper)。主要发明和专利中有多项已转化成工艺和产品,其它大部分被应用在生产上,其中“透明太阳能薄膜电池”荣获号称“发明家的奥斯卡奖”的“世界最佳发明奖”(R&D 100)。1998年入选“世界科学家工程师名人录”。2011年,刘生忠教授入选国家第六批“千人计划”创新人才长期项目。

刘生忠  国家“千人计划” ( 教授 )
Ph. D., Northwestern University, USA (1992)
博士,美国西北大学
Postdoctor, Argonne National Laboratory,USA (1992 -1994)
美国阿贡国家实验室博士后
QQC, Inc.,Director, R&D,Senior Scientist
研发部主管,高级科学家(1994-1997)
BP Solar/Solarex, Senior Scientist
高级科学家(1997-2003)
United Solar Ovonic, R&D Manager, Senior Scientist (2003-2011)
经理,首席科学家
Professor, Shaanxi Normal University (2012-present)
Professor, Dalian Institute of Chemical Physics (2012-present)
陕西师范大学/大连化学物理研究所,“千人计划”特聘教授
R&D 100 award (2002)
Tel: +86-(0)29-81530785
E-mail: liusz@snnu.edu.cn

研究方向
1.        High efficiency, low cost thin film solar cell fabrication process development
2.        Thin film nanocrystalline silicon based solar cell research
3.        Nanoscale materials: design, fabrication and application in solar cells, sensors and catalysis
4.        Thin film compound solar cell development
5.        Nano fabrication for light trapping in solar cells using chemical, electrochemical and surface plasmonic processes
6.        Perovskite based solar cells
7.        HIT solar cell development
代表性成果
近年承担项目
1.  高性能、低成本透明导电薄膜(TCO)制备;陕西煤业化工技术研究院有限责任公司;800万元(RMB); 2014年3月1日-2016年1月1日;刘生忠、訾威、肖锋伟、朱学杰。
2.  教育部,“应用表面与胶体化学创新引智基地”, 900万元,2013 – 2015,房喻、张生勇、刘生忠、李正平、刘昭铁、高子伟、张成孝、刘忠文、杨鹏、丁立平、唐艳丽、漆红兰、刘静、王超、薛东。
3.  中央高校项目(陕西师范大学),“新型功能材料及其应用”,编号:GK201101003,75万元,2012 – 1014,项目负责人。
4.  中央高校项目(陕西师范大学),“能源材料与器件”,60万元,2012 – 1014,项目负责人。
近年发表专利
1.  提高太阳电池电流密度和电池效率的方法及电池结构.国内专利.公开号【CN103219401A】
2.  一种毫米长石墨烯带的制备方法. 国内专利.公开号【CN103708441A】
3.  柔性卷曲导电衬底上制备单原子层厚度金属薄膜的方法.国内专利.公开号【CN103556197A】
4.  基底上镀有超薄金属纳米材料薄膜的转移方法. 国内专利.公开号【CN103708441A】
5.  一种利用电磁加热优化透明导电氧化物薄膜质量的方法. 国内专利.公开号【CN103824649A】
6.  一种热处理透明导电薄膜材料的方法. 国内专利.公开号【CN103824648A】
7.  一种超薄金属层催化剂及其用途. 国内专利.公开号【CN103877993A】
8.  一种硅系太阳能电池和其制备方法与制备装置以及其表面结构国内专利.公开号【CN103928542A】
近年发表论文


1. Shengzhong Liu, Ying-jie Lu, Manfred M. Kappes and James A. Ibers, The structure of the C60-molecule: X-ray crystal structure determination of a twin at 110K, Science, 254, 408 (1991)
2. R. Meilunas, R.P.H. Chang, Shengzhong Liu and Manfred M. Kappes, ctivated C70 and diamond, Nature, 354, 271 (1991)
3. Development of an alcohol sensor based on ZnO nanorods synthesized using a scalable solvothermal method. Sensors and Actuators B, 185, 735 (2013)
4. High efficiency organic/a-Si hybrid tandem solar cells with complementary light absorption,Journal of Materials Chemistry A, 2, 15303 (2014)
5. Agx@WO3 core-shell nanostructure forLSP enhanced chemical sensors. Scientific Reports.DOI: 10.1038/srep06745.4, 6745 (2014)
6. Millimeter-long multilayer graphene nanoribbonsprepared by wet chemical processing. Carbon, 71,120 (2014)
7. Graphene Oxide - a Surprisingly Good Nucleation Seed and Adhesion promotion Agent for One-Step ZnO Lithography and Optoelectronic Applications, Journal of Materials Chemistry C, 2, 8956 (2014)
8. Diameter regulated ZnO nanorod synthesis and its application in gas sensor optimization. Journal of Alloys and Compounds, 586, 436 (2014).
9. Topology and texture controlled ZnO thin film electrodepositon for superior solar cell efficiency, Solar Energy Materials and Solar Cells, 134,54–59, (2015)
10. One-step preparation of optically transparent Ni-Fe oxide film electrocatalyst for oxygen evolution reaction. Electrochimica Acta, 169,402–408, (2015).
11. Alternating precursor layer deposition for highlystable perovskite films towards efficient solar cells using vacuum deposition. Journal of Materials Chemistry A, DOI: 10.1039/C5TA01824B (2015)
12. High efficiency organic/a-Si hybrid tandem solar cells with complementary light absorption. Journal of Materials Chemistry A, 2, 15303 – 15307(2014)
13. One-step hydrothermal synthesis of monolayer MoS2 quantum dots for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution. Journal of Materials Chemistry A, Advance Article, DOI: 10.1039/C5TA02198G (2015)
14. Effective light trapping by hybrid nanostructure for crystalline silicon solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells, DOI:10.1016/j.solmat.2015.04.019 (2015)


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发表于 2018-3-15 22:05:41 | 显示全部楼层

近日,我院牛天启同学在“国家千人计划”专家刘生忠教授、赵奎博士的指导下与阿卜杜拉国王科技大学Aram Amassian教授合作,在钙钛矿电池领域取得重要进展,相关研究成果发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201706576)。

钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳电池

近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳电池因其卓越的光电性能受到广泛关注,但低温制备的多晶MAPbI3钙钛矿薄膜,其晶界处存在的大量缺陷会引起载流子复合,严重影响电池器件的光电转换效率及稳定性。基于此,研究者通过反溶剂修饰技术,在MAPbI3钙钛矿中引入带有路易斯酸/碱功能基团的半导体有机小分子,使得器件效率由17.5%提升至19.3%。研究发现,半导体有机小分子与钙钛矿之间形成的路易斯酸碱加合物或卤素-富勒烯自由基,可以有效钝化Pb2+空位或Pb-I反位缺陷。同时,二者间能级匹配度的提升有助于增强缺陷钝化作用,提高载流子迁移率。

此外,晶界处的疏水型有机小分子还能有效地抵御水汽进入。器件在50%的相对湿度环境下,放置40天后,仍保持80%以上的初始效率。这一工作为制备高效稳定的钙钛矿太阳电池提供了更加理性的思路和方法,也将有助于推动钙钛矿太阳电池走向商业应用。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基金、教育部“111引智计划”和“千人计划”项目的资助。


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发表于 2018-3-25 11:52:14 | 显示全部楼层

有机-无机杂化钙钛矿电池因其理想的禁带宽度,优异的载流子传输性能等一直备受关注。但由于有机离子的易挥发易分解等问题一直制约着其进一步发展。相比之下,无机钙钛矿材料因其优异的稳定性成为研究者们新的关注热点。不过通常制备的无机钙钛矿晶粒较小,晶界较多,载流子传导时在晶界处易复合,这限制了其光电转换效率。在该研究中,作者采用Mn离子掺杂无机钙钛矿薄膜,增大了晶粒,钝化了表面,减小了电荷复合,最终得到的器件VOC 高达1.17 V,JSC 为14.37 mA/cm2,FF 80.0%,光电转换效率为13.47%。这是目前已知的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。

近日,陕西师范大学靳志文博士,王倩博士和刘生忠教授 (共同通讯作者),硕士生白东良和张静茹(共同一作)在 ACS Energy Letters上发表了一篇名为 “Interstitial Mn2+-Driven High-Aspect-Ratio Grain Growth for Low-Trap-Density Microcrystalline Film for Record Efficiency CsPbI2Br Solar Cells” 的文章。在这次研究中,研究者使用了Mn离子掺杂无机钙钛矿薄膜。研究发现,Mn离子掺杂增大了晶粒,钝化了表面,减小了电荷复合。同时,大晶粒的钙钛矿薄膜疏水性增大,不易发生相变,器件稳定性有一定的提高。

器件结构图和Mn掺杂方式的研究

器件结构图和Mn掺杂方式的研究


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发表于 2018-4-9 08:18:42 | 显示全部楼层

高性能二维钙钛矿太阳电池的相变控制

二维(2D) Ruddlesden-Popper (RP)型杂化钙钛矿半导体,因为其优异的稳定性和光电性能,已经在科研领域吸引了极大的关注。然而,二维钙钛矿复杂的结晶动力学方面的研究仍存在空白。

二维钙钛矿太阳电池的电学性能

二维钙钛矿太阳电池的电学性能

近日,大连化学物理研究所博士研究生张旭同学在洁净能源国家实验室太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员和陕西师范大学赵奎教授指导下,继2017年在能源研究顶级期刊 Energy & Environmental. Science 上报道了低维钙钛矿电池最高效率之后,又在二维钙钛矿结晶动力学研究上取得新进展,相关研究成果发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.201707166)。

该研究利用高能同步辐射技术,实时追踪二维钙钛矿前驱体溶液反应形成固态薄膜的相转变行为,研究了基底温度和溶剂性质如何影响二维钙钛矿结晶动力学以及薄膜相纯度、量子阱排列取向和光伏性能。

上述研究工作分别得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基金、教育部“111引智计划”、“千人计划”项目的资助以及康奈尔大学高能同步辐射光源的帮助。




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发表于 2018-5-11 10:38:42 | 显示全部楼层

陕师大刘生忠教授课题组Joule.:具有稳定效率14.4%分级带隙设计的无机CsPbI2Br-CsPbI3钙钛矿太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因结构简单,能量转换率高,低成本以及温和条件制备等优点,备受学术界的关注。但其存在一个致命的弱点:光化学稳定性和热稳定性差。相比之下,无机钙钛矿材料因其优异的稳定性成为研究者们新的关注热点。但是由于其禁带宽度大,大大限制了其光电转换效率。在该研究中,作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜,调整了薄膜不同位置的带隙,增大了薄膜厚度,钝化表面,减小了电荷复合,最终得到的器件VOC 高达1.20 V,JSC 为15.25 mA/cm2,FF 78.7. %,光电转换效率为14.4%。这是目前已知的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。

器件结构图和分级带隙设计的研究

器件结构图和分级带隙设计的研究

近日,陕西师范大学靳志文博士和刘生忠教授 ,硕士生边慧和白东良在Joule上发表了一篇名为 “Graded Bandgap CsPbI2+xBr1-x Perovskite Solar Cells with a Stabilized Efficiency of 14.4%” 的文章。在这次研究中,作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜。研究表明,分级带隙设计可以有效的调整薄膜不同位置的带隙,增大了薄膜厚度,增加了吸光效率,钝化了表面,减小了电荷复合,最终器件光电转换效率和稳定性都有一定的提高。


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发表于 2019-3-14 16:36:57 | 显示全部楼层
刘生忠Angew.综述:全无机钙钛矿太阳能电池
基于卤化铅的钙钛矿材料对湿气和热存在固有不稳定性。无机Cs+阳离子取代脆弱的有机基团形成铯卤化铅体系(CsPbX3,X是卤化物),作为全无机钙钛矿,其热稳定性更高,并且通常对其他因素更稳定。刘生忠联合JinZhiwen课题组总结了该领域的研究进展,提出解决发展瓶颈的方案,并尝试推动CsPbX3 PSC的进一步研究。然后,讨论各种CsPbX3材料和CsPbX3细器件。最后,介绍了CsPbX3 PSC未来发展的挑战和前景。

全无机钙钛矿太阳能电池

全无机钙钛矿太阳能电池

Zhang, J., Hodes, G., Jin, Z. & Liu, S. All-Inorganic CsPbX3 Perovksite Solar Cells: Progress and Prospects. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201901081
https://doi.org/10.1002/anie.201901081

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发表于 2019-4-19 09:29:33 | 显示全部楼层
富勒烯衍生物,例如PCBM,被广泛用作倒置钙钛矿太阳能电池(PSC)中的电子传输层(ETL)。由于其低的电子迁移率,实现高质量成膜的复杂性以及钙钛矿/PCBM界面处的严重非辐射复合导致倒置PSC相比于正置PSC效率较低。近日,刘生忠团队提出了一种克服这些挑战的有效策略,即将共轭的n型聚合物材料与PCBM混合在一起,形成具有高电子迁移率和合适能级(HBM)连续膜。
研究发现HBM薄膜完全覆盖钙钛矿表面以增强电子提取。由于相对介电常数大,HBM的临界电子捕获半径从PCB的14.89nm减小到12.52 nm,导致钙钛矿/HBM界面处的非辐射复合减少。基于HBM ETL的倒置PSC的效率超过20.6%,填充因子高达0.82。此外,由于HBM ETL的高疏水性,器件的稳定性得到很大改善。在45天后的环境空气条件下,基于HBM显示的倒置PSC的效率保持为初始值的80%,显著高于对照组(48%)。该工作将进一步推进高效稳定的倒置PSC的发展。

富勒烯衍生物

富勒烯衍生物

Yang,D. Priya, S. Liu, S. et al. Stable Efficiency Exceeding 20.6% forInverted Perovskite Solar Cells through Polymer-Optimized PCBMElectron-Transport Layers. Nano Letters, 2019.
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b00936
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b00936

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发表于 2019-8-17 13:15:37 | 显示全部楼层
虽然小面积金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)显示PCE高达25.2%,但小面积和大面积PSC器件之间的效率差距仍然很大。刘生忠戚亚冰团队分享对制造面积超过200 cm2的组件的当前阶段挑战的看法,并总结了最近在缩小效率差距方面取得的进展,强调了进一步研究将钙钛矿光伏技术转向工业规模。
这些策略包括学习其他商业化薄膜光伏技术,分析采用基于溶液和蒸汽的可升级制造技术和优化大面积模块设计的钙钛矿太阳能模块的现状。考虑到成本分析和工作稳定性曲线,基于碳电极的器件具有很大潜力。

钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池
Qiu, L., He, S., Ono, L. K., Liu, S. & Qi, Y. Upscalable Fabrication of Metal Halide Perovskite Solar Cells and Modules. ACS Energy Lett., 2019
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b01396 (2019)
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01396

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发表于 2019-8-18 09:13:29 | 显示全部楼层
应兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室、化学化工学院邀请,陕西师范大学国家“千人计划”特聘教授刘生忠博士来我校进行交流并做学术报告,欢迎感兴趣的师生参加。
报 告 人:刘生忠 教授
报告题目:钙钛矿-奇异的光电材料
报告时间:2019年7月15日(星期一)下午16:30
报告地点:第二化学楼101学术报告厅
报告人简介
    刘生忠,1992年获美国西北大学 (Northwestern University) 博士学位,先后在美国 Argonne National Laboratory,Solarex/BP Solar、United Solar 等高科技公司从事研究工作20余年,于2011年入选国家创新人才长期项目,并与当年底全职回国工作,现任陕西师范大学教授和中国科学院大连化学物理研究所研究员。研究领域主要包括太阳能光伏材料、纳米材料、薄膜材料和光伏技术的研发、放大和生产。在基础研究方面,刘博士曾在国际顶级期刊上发表了多篇论文,包括 Science、Nature、Joule、Matter、Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials、Materials Today、Energy & Environmental Science、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Physics Review X 等。回国后,刘博士已经在陕西师范大学组建了陕西省能源新材料与器件重点实验室、陕西省能源新技术工程实验室和陕西师范大学新能源高等技术研究院等。回国后已发表SCI论文百余篇,其中,多篇论文进入ESI高引论文(top 1%)和 ESI热点论文 (top 0.1%)。

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发表于 4 天前 | 显示全部楼层

陕西师范大学刘生忠教授和赵奎教授等人在Nano Letters报道了2D/3D钙钛矿电池的重要进展,文章题目为“Interfacial engineering at the 2D/3D heterojunction for high-performance perovskite solar cells”。该研究发现,在2D/3D层状异质结中,表层量子阱的成核和生长过程受到底层3D钙钛矿的诱导作用,从而促进了2D钙钛矿沿垂直方向的生长。同时,不同配体对于量子阱厚度、取向性以及缺陷钝化也起着重要的影响,通过配体工程调控可以获得择优取向的量子阱结构以及提升的电荷传输速率。在器件整体性能方面,优化后的2D/3D钙钛矿电池效率最高可达21.15%,明显优于参比3D器件的19.02%,表层2D 钙钛矿的缺陷钝化作用使得器件的迟滞效应和电荷收集得到明显改善。2D/3D钙钛矿自身良好的耐湿性,也使得电池器件展现出卓越的空气稳定性,未封装器件在30-40%的相对湿度环境下暴露60天后最高仍能维持其初始效率的84%。

上述研究工作分别得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基础研究基金、教育部“111引智计划”、“千人计划”项目的资助以及康奈尔大学高能同步辐射光源的帮助。

钙钛矿层状异质结

钙钛矿层状异质结


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