南京工业大学先进材料研究院李公强

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李公强，博士，南京工业大学研究员。2004年毕业于武汉大学化学院；2009年毕业于中科院上海有机所，获理学博士，师从戴立信院士和游书力研究员；之后先后在德国亚琛工业大学（洪堡学者）和美国西南医学中心从事博士后研究；2013年加入新加坡材料与工程研究院（A*STAR IMRE）开始转入有机半导体材料合成及器件；2016年4月入职南京工业大学先进材料研究院，独立开展工作，目前主要兴趣包括有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池。目前，作为主要完成人在JACS、Small、Solar RRL、Adv. Electron. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Mater. Chem. C、Org. Lett.、Chem. Eur. J.、Adv. Synth. Catal.、Chem. Commun.等国际著名学术期刊上发表论文20多篇；申请中国专利6项，授权三项；目前文章被他引800多次。

李公强，男，1981年9月出生于河南范县，研究员。

联系方式：

办公地点：南京市新模范马路5号 南京工业大学丁家桥校区

Email:  iamgqli@njtech.edu.cn

工作经历：

2015．12-至今：南京工业大学先进材料研究院，研究员。

2013.04-2015.04：新加坡科技发展局材料与工程研究院，研究员。

2011.08-2013.02： 美国西南医学中心，研究助理。

2010.01-2011.06：德国RWTH Aachen(亚琛工业大学)， 洪堡学者。

教育经历：

2004.09－2009.7：中科院上海有机所，理学博士，导师：戴立信 院士&游书力 研究员。

2000.09－2004.07：武汉大学化学与分子科学学院，理学学士，导师：秦金贵 教授。

研究兴趣及研究领域：
1. 柔性光电子材料（包括OPV、OTFT、OLED）的设计、合成及器件。
2. 功能分子导向的绿色高效合成方法学研究。
3. 基于硼氮杂化材料的有机光电子学。

获奖

Alexander von Humboldt Research Fellow (洪堡学者)，德国洪堡基金会

主要学术成绩：

李公强研究员主要从事功能分子导向的有机合成及相关器件研究，相关结果均发表在J. Am. Chem. Soc.、 Chem. Commun.、Chem. Eur. J.、Org. let.、Adv. Synth. Catal.等国际知名期刊上，引起了国内外同行的广泛关注，被美国C&E News、德国Angew. Chem. Int. Ed.和Synthfacts等国际知名杂志做专文评述，被引用490多次，其中他引460多次；已获授权专利3项。

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南京工业大学李公强教授课题组与南方科技大学电子系Aung Ko Ko Kyaw教授课题组合作，利用宽带隙二噻吩并苯并二噻吩基p共轭聚合物PDTBDT-FBT作为钝化剂，通过反溶剂技术钝化钙钛矿晶体缺陷。PDTBDT-FBT具有较深的HOMO能级（-5.51 eV），有利于空穴从钙钛矿层快速转移至空穴传输层。此外，PDTBDT-FBT中的5,6-二氟苯并[c][1,2,5]噻二唑（FBT）部分能与Pb2+离子配位，有效钝化缺陷、提高电荷传输特性。

  形貌结构及光学表征表明聚合物能锚定在钙钛矿薄膜的表面和晶界，并通过形成Pb-F键而有效修复缺陷，从而减少缺陷态密度和提高空穴转移速率。SCLC结果显示钝化后钙钛矿薄膜的缺陷态密度从1.91×1016 cm-3降低至1.45×1016 cm-3，空穴迁移率从7.67×10-3 cm2 V-1 s-1提高至9.75×10-3 cm2 V-1 s-1。此外，瞬态荧光光谱显示钝化后钙钛矿薄膜与Spiro-OMeTAD的复合结构具有更高的荧光淬灭效率，表明空穴在钙钛矿层与空穴传输层间快速转移，从而提高电池性能。另外，表面和晶界缺陷的钝化能有效封锁水分扩散通道，减缓水分对钙钛矿薄膜的分解作用。最终获得最高光电转化效率为18.03%，且在相对湿度为60%空气下存放1000小时，仍能保持初始效率90%。

  相关结果发表在 Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201900029)上。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.201900029

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南京工业大学李公强教授综合前人设计空穴传输材料的经验，结合分子结构单元间旋转可调能够影响分子构象空间分布的情况，利用构象可调的柔性核骨架（FCTC）设计策略，发展了一类高效非掺杂的马鞍型空穴传输材料，联合南方科技大学Aung Ko Ko Kyaw 教授和南京大学马海波教授，实现了高效稳定正置介孔结构钙钛矿太阳能电池器件制备。最近，他们又将这一理念应用到基于三苯胺边臂和双芴核骨架的新型空穴传输材料设计中，合成了一类新型有机HTMs(DMZ)，将其应用于反式平面结构钙钛矿太阳能电池中。结果表明，基于非掺杂DMZ 的电池器件可获得最高18.61％的PCE（Jsc = 22.62 mA /cm2， Voc = 1.02 V和FF = 81.05％），与基于PEDOT:PSS 的相应器件相比，其PCE提高了50%，且几乎没有迟滞现象。此外，基于DMZ的电池器件在50%湿度的空气中放置556 小时后，其PCE仍保持初始 90%，显示了更好的稳定性。

通过系统研究空穴传输层薄膜厚度对钙钛矿形貌和器件性能的影响，发现：随着空穴层的厚度从 3.5 nm 上升至 30 nm （相应DMZ 溶液浓度为 0.5 m/ml 到 6.0 mg/ml），空穴传输层的表面接触角也从 21.1 o 上升为84.0 o，直接影响了钙钛矿层的薄膜晶粒尺寸和结晶程度，使得钙钛矿层缺陷态密度也有较大变化，进而影响了器件的 Voc 和 FF；其中FF 从81.38%  (最高为82.57%) 降至68.22%， 而Voc 则从0.99 V 上升至 1.03 V；当空穴传输层厚度为~13nm时 (浓度为 2 mg/ml )，器件的性能最佳，PCE高达18.61%。


综上所述，空穴传输层的薄膜厚度不仅影响到空穴传输层自身的传输性能和与钙钛矿层的浸润性，还能通过调控其厚度，实现对钙钛矿层形貌和结晶性的调控，进而提高钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率和稳定性，对未来发展更加高效的空穴材料以及优化钙钛矿电池器件具有重要参考价值。相关论文在线发表在Small上（DOI：10.1002/smll.201904715）。