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[专家学者] 国家纳米科学中心中科院纳米系统与多级次制造重点实验室丁黎明

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发表于 2017-9-13 10:05:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
丁黎明,中科院“百人计划”研究员,博士生导师。1993年中科院长春应用化学研究所高分子科学硕士学位,1996年中国科技大学高分子科学博士学位(长春应化所联合培养)。自1998年,先后在瑞典Linköping大学,斯德哥尔摩大学,美国麻省大学Amherst分校(美国国家高分子研究中心),美国Wright-Patterson空军基地,美国Argonne国家实验室从事科学研究。合作过的教授有:Olle Inganäs院士,Frank Karasz院士,Tom Russell院士,董绍俊院士,汪尔康院士等。曾在全球第一家聚合物太阳电池公司Konarka公司总部工作,为资深科学家(公司首席科学家为2000年诺贝尔化学奖得主Alan Heeger)。2010年加入国家纳米科学中心(“百人计划”引进)。


姓    名:丁黎明        
性    别:男
职    务:无        
职    称:研究员
通讯地址:北京市海淀区中关村北一条11号
邮政编码:100190        
电子邮件:ding@nanoctr.cn        
丁黎明研究小组主页

    丁黎明小组研究一直聚焦第三代太阳电池,包括钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池。5年来,丁黎明小组在太阳电池领域有重要进展: 1. 发明系列内酰胺稠环受体单元,D-A共聚物效率超过10%,属于本领域少数新结构明星分子;以其制备有机叠层电池,效率达11.35%。 2. 采用新的定位合成手段制备异构纯富勒烯受体,效率8.11%,目前二加成富勒烯受体世界纪录。 3. 发明新方法改善钙钛矿结晶和形貌,填充因子达80.11%,曾是世界纪录。 4. 首次将BHJ植入钙钛矿太阳电池,显著拓展光响应,是钙钛矿太阳电池领域一重要发明。在国际重要期刊ees, Adv. Sci., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Energy, Adv. Funct. Mater., Adv. Electron. Mater., Small, Nanoscale, Chem. Commun., J. Mater. Chem. A, Org. Lett., Macromolecules, APL, Adv. Mater., Adv. Energy Mater.上发表研究论文114篇。 有7项太阳电池专利。丁黎明研究员是40国际期刊如ees, Adv. Energy Mater., Adv. Sci., Adv. Funct. Mater., Angew Chem, Chem. Commun., Small, Adv. Mater., Nano Energy,Chem.Mater.等期刊的预审人,审稿人和仲裁人。湘潭大学,湖南科技大学,济南大学客座教授。浙江省特聘专家。贵州省特聘专家。参与国家自然科学基金,科技部重大研究项目,广东省领军人才,青年拔尖人才支持计划,北京实验室,北京自然科学基金,北京科委重点项目,智利国家科技发展基金,陈嘉庚青年科学奖,北京协同创新研究院研发项目的函评和会评。中科院纳米科学卓越中心“团队7”成员。光电转换材料北京市重点实验室学术委员会委员。中国外国专家。列入2015年英国皇家化学会期刊 “Top 1% 高被引中国作者” 榜单。科技部“战略性先进电子材料”重点专项5人专家组成员。
研究领域:
有机太阳电池,钙钛矿太阳电池,有机光电材料
代表论著:
  1.Mingwei An, Fangyuan Xie, Xinjian Geng, Jianqi Zhang, Jiaxing Jiang, Zhongli Lei,* Dan He,* Zuo Xiao,* and Liming Ding*. A High-Performance D–A Copolymer Based on Dithieno[3,2-b:2′,3′-d]Pyridin-5(4H)-One Unit Compatible with Fullerene and Nonfullerene Acceptors in Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2017, 1602509.   
  2.Xiaoyan Du, Ole Lytken, Manuela S. Killian, Jiamin Cao, Tobias Stubhan, Mathieu Turbiez, Patrik Schmuki, Hans-Peter Steinrück, Liming Ding,* Rainer H. Fink,* Ning Li,* and Christoph J. Brabec*. Overcoming Interfacial Losses in Solution-Processed Organic Multi-Junction Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601959.
  3.Chuantian Zuo and Liming Ding*. Modified PEDOT Layer Makes a 1.52 V Voc for Perovskite/PCBM Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601193.     
  4.Zuo Xiao,‡ Xinjian Geng,‡ Dan He, Xue Jia and Liming Ding*. Development of isomer-free fullerene bisadducts for efficient polymer solar cells. Energy Environ. Sci., 2016, 9, 2114.     
  5.Kai Zhang, Ke Gao, Ruoxi Xia, Zhihong Wu, Chen Sun, Jiamin Cao, Liu Qian, Weiqi Li, Shiyuan Liu, Fei Huang,* Xiaobin Peng,* Liming Ding,* Hin-Lap Yip,* and Yong Cao. High-Performance Polymer Tandem Solar Cells Employing a New n-Type Conjugated Polymer as an Interconnecting Layer. Adv. Mater. 2016, 28, 4817–4823.    
  6.Hui Li, JiaminCao, QingZhou, LimingDing,* JizhengWang*. High-performance inverted PThTPTI: PC71BM solar cells. Nano Energy (2015) 15, 125-134.     
  7.Zhe Qi, Jiamin Cao, Hui Li,* Liming Ding,* and Jizheng Wang*. High-Performance Thermally Stable Organic Phototransistors Based on PSeTPTI/PC61BM for Visible and Ultraviolet Photodetection. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 3138–3146.     
  8.Jiamin Cao,‡ Qiaogan Liao,‡ Xiaoyan Du, Jianhua Chen, Zuo Xiao,* Qiqun Zuo and Liming Ding*. A pentacyclic aromatic lactam building block for efficient polymer solar cells. Energy Environ. Sci., 2013, 6, 3224.     
  9.Zuo Xiao, Gang Ye, Ying Liu, Shan Chen, Qian Peng,* Qiqun Zuo, and Liming Ding*. Pushing Fullerene Absorption into the Near-IR Region by Conjugately Fusing Oligothiophenes. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 9038 –9041.
承担科研项目情况:
  中科院“百人计划”择优项目
  国家自然科学基金面上项目
  苏州佳宏光电有限公司合作项目
  广东联合基金重点项目


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发表于 2018-8-12 18:31:26 | 显示全部楼层

11日,记者从南开大学获悉,该校教授陈永胜领衔的团队在有机太阳能电池领域研究中获突破性进展。他们设计和制备的具有高效、宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池材料和器件,实现了17.3%的光电转化效率,刷新了目前文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的世界最高纪录。这一最新成果让有机太阳能电池距离产业化更近一步。介绍该项研究成果的论文已在线发表于《科学》杂志。

有机太阳能电池是解决环境污染、能源危机的有效途径之一,其在质轻、柔软、半透明、环境友好等方面都远远优于传统太阳能电池,被认为是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。然而,实现高效率的太阳能电能转化是有机太阳能电池研究的核心难题,能否解决这一难题也直接决定着有机太阳能电池能否走出实验室、走进人们的生产生活。

近年来,虽然有机太阳能电池研究获得了迅猛发展,实现了14%至15%的光电转化效率,但仍远远落后于其他主要以无机材料(如硅)为主的太阳能电池转化效率。“主要原因在于,有机高分子材料本身较低的载流子迁移率限制了活性层厚度,因此太阳光不能够获得充分和有效的利用。”陈永胜介绍说,叠层太阳能电池不仅可以克服上述难题,还可以充分发挥有机和高分子材料结构和性质优良的可调性特征,通过叠层电池中前后电池里活性材料互补的光吸收,更有效地利用太阳光,从而实现更高的能量转换效率。

陈永胜团队与中科院国家纳米科学中心教授丁黎明、华南理工大学教授叶轩立研究团队合作,首先利用半经验模型,从理论上预测了有机太阳能电池实际可以达到的最高效率和理想活性层材料的参数要求。在此基础上,他们通过选择采用适合的活性层材料,用成本低廉与工业化生产兼容的溶液加工方法制备得到了高效的有机太阳能垫层器件,获得17.3%的验证效率。

据该团队研究人员介绍,依据该工作提出的模型和设计原理,结合有机高分子材料结构的多样性和可调性,通过对材料和器件的进一步优化,非常有望获得和无机材料类似的能量转化效率,从而为有机太阳能电池的产业化提供有力技术支撑。“依据我们提出的半经验模型预测,有机太阳能电池(垫层)的最高转化效率理论上可以达到20%以上。本次工作中,我们同时也对电池的寿命进行了初步试验,发现166天实验后电池效率仅降低4%。未来,我们将继续设计新的材料,在进一步提高能量转化效率的同时,针对电池寿命问题进行系统的实验,争取让有机太阳能电池早日从实验室走向实际应用。”陈永胜说。


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发表于 2018-12-6 11:07:11 | 显示全部楼层
丁黎明AEM:首次狭缝涂布制备二维钙钛矿光伏器件
丁黎明等人首次报道了一种无旋涂,可直接滴涂前体溶液,沉积高度取向的均匀的二维钙钛矿薄膜的策略。制备的钙钛矿太阳能电池的效率高达14.9%(认证效率为14.33%±0.34,0.078 cm2)。这是迄今为止采用非正式涂层法制备的二维钙钛矿层器件的最高效率。稳定性也得到大幅度提升。同时,也是首次进行研究狭缝涂布工艺制备二维钙钛矿层。钙钛矿在玻璃基板或柔性基板上(卷对卷工艺)制造的太阳能电池的效率分别12.5%和8.0%。

二维钙钛矿光伏器件

二维钙钛矿光伏器件

Zuo C, et al. Self-Assembled 2D Perovskite Layers for Efficient Printable Solar Cells[J]. Advanced Energy Materials, 2018.
DOI: 10.1002/aenm.201803258
https://doi.org/10.1002/aenm.201803258

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发表于 2019-3-21 09:03:39 | 显示全部楼层
2D / 3D钙钛矿异质结构可以将二维钙钛矿的优点与稳定性和3D钙钛矿高效结合。国家纳米科学中心丁黎明通过第一原理计算研究2D BA2PbI4 /3D MAPbI3异质结构的界面电性质和电荷转移特性。
3D钙钛矿具有两种接触界面,即PbI界面和I界面。2D/3D界面异质结构是范德瓦尔斯接触。与纯2D或3D钙钛矿相比,其光吸收的增强主要由异质结构中的3D钙钛矿部分产生。在2D/I界面异质结构中,带隙为1.15 eV,电荷复合中心位于2D界面,有利于提高效率。在2D/PbI异质结构中,带隙小至0.53 eV,电荷复合中心位于PbI界面,导致大量复合和低效率。2D和3D钙钛矿的功函数差异是能级偏移和界面电荷导向运动的本质。结果表明,通过界面工程构建2D BA2PbI4和3D I界面异质结构是增强2D/3D异质结构性能的潜在策略。

钙钛矿异质结构

钙钛矿异质结构

Biao Liu, Mengqiu Long, Mengqiu Cai, Liming Ding, Junliang Yang. Interfacialcharge behavior modulation in 2D/3D perovskite heterostructure for potentialhigh-performance solar cells. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.02.069
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519301831#!

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发表于 2019-6-2 10:30:10 | 显示全部楼层
报告人:丁黎明研究员(中国科学院国家纳米科学中心)
报告题目:第三代太阳电池:分子设计和工艺
报告时间:2019年04月10日(周三)下午4:00
报告地点:华南理工大学北区发光材料与器件国重502会议室
邀请人:彭小彬教授

报告摘要:汇报丁黎明课题组最近在有机太阳电池和钙钛矿太阳电池领域的工作进展,包括新材料研发和太阳电池研究。
报告人简介:国家纳米科学中心研究员,博士生导师,RSC Fellow,Mater Chem Front顾问委员会委员,Sci Bull特邀编辑,2017科技部有机太阳电池重大研发计划项目负责人。在Science, Sci Bull, Joule, EES, AEM, MCF, Angew, Nano Energy, AM等科学期刊发表论文150篇。目前研究兴趣包括有机太阳电池,钙钛矿太阳电池,光电探测器。

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发表于 2020-8-25 15:31:40 | 显示全部楼层
有机无机杂化钙钛矿由于其卓越的光电特性,被认为是极具潜力的新一代光伏材料,引起了广泛的研究兴趣。随着钙钛矿太阳电池效率的不断提升,越来越多的研究工作逐渐转向器件物理的研究,这就需要将钙钛矿器件直接暴露于空气中。因此,具有良好的空气中可操作性的钙钛矿太阳电池亟待研发。众所周知,各种存在于晶界和晶体表面的晶格缺陷和晶体电荷缺陷位,诸如带有正电荷的未化学成键的Pb2+阳离子,可移动的I–阴离子,有机阳离子的空位缺陷是导致钙钛矿电池低性能以及快速降解的重要因素。因此,一种有效的全缺陷钝化策略则有助于获得高效的钙钛矿太阳电池,以使其具有良好的器件寿命和较好的空气可操作性。

钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳电池
       北京大学刘希夏博士、新加坡国立大学国家太阳能研究所程远航博士联合中国国家纳米科学中心丁黎明研究员提出了一种在钙钛矿块体和表面空间立体引入半胱胺盐酸盐(CAS-Cl)的全缺陷钝化策略,成功钝化了钙钛矿中的缺陷态,实现可在空气中高效运行的钙钛矿太阳电池。该工作也得到了新加坡国立大学材料科学与工程系Gong Hao教授、Yu Zhigen副教授和新加坡国立大学国家太阳能研究所Lin Fen研究员的大力支持。相关结果发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202001958)上。
        该研究工作首先通过第一性原理计算揭示CAS-Cl与钙钛矿的多重缺陷位形成有效的化学作用,证明其对钙钛矿带间缺陷态的钝化作用。进而采用瞬态飞秒吸收谱(fs-TA)表明全缺陷钝化钙钛矿的光生载流子寿命得到大幅度提升。光热偏转光谱(PDS)和不同频率下的器件电容测试(C-F)结果表明相比于标准钙钛矿,CAS-Cl全缺陷钝化钙钛矿薄膜和器件均具有较低的缺陷态浓度。最终,最优的CAS-Cl全缺陷钝化的反式平板钙钛矿太阳电池表现出近21%的高光电转换效率。不仅如此,该全缺陷钝化的钙钛矿太阳电池在空气中的运行时长也得到了数倍的提升,有助于各类高效稳定钙钛矿光电器件的发展。

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发表于 2023-5-25 10:26:31 | 显示全部楼层
具有可调和选择性光谱响应的器件具有广泛的应用,例如机器视觉、颜色选择成像、生物医学传感和国防等领域。人们已经提出了各种策略来制造具有选择性光谱响应的器件,例如使用光学滤波器、自过滤效应、等离子体效应和表面电荷复合引起的窄带响应等。然而,通常情况下,光敏材料只能产生一个响应范围。因此,为了获得多光谱响应,需要一系列吸光材料阵列、分光系统或滤光片,从而增加了设备的尺寸和复杂性。缩小多光谱响应设备的尺寸将促进新应用的发展,例如微型光谱仪和高光谱成像。梯度带隙材料在不同位置具有逐渐变化的组分,可以产生多光谱响应。一个例子是梯度CdS1-xSex(0≤x≤1)纳米线,其组成从CdS逐渐变为CdSe时带隙范围从2.44电子伏特到1.74电子伏特。通过这种组分渐变纳米线的多光谱响应,可以制造微型光谱仪和多波段光电探测器。然而,通常需要复杂的沉积过程才能制造梯度带隙纳米线。金属卤化物钙钛矿材料由于其低温溶液可加工性和可调的带隙而成为制造带隙梯度材料的良好候选材料。通过顺序沉积,可以很容易地制备具有垂直组分梯度的钙钛矿薄膜。但是,缺乏简单的方法来沉积具有横向组分梯度的带隙梯度钙钛矿薄膜。

梯度组分薄膜

梯度组分薄膜
        国家纳米科学中心丁黎明团队和华东师范大学保秦烨团队合作开发一种制备梯度组分薄膜的简单方法。利用前期开发的自铺展制备工艺,同时滴2滴不同组分的溶液到基底上,两滴溶液的自发铺展使溶液相互接触,进而相互扩散自发形成梯度组分薄膜。用这个方法成果制备了具有可调梯度区宽度的MAPbCl3-MAPbBr3和MAPbBr3-MAPbI3薄膜,它们在梯度区的不同位置表现出不同的带隙,从而可以实现多光谱响应。用梯度组分薄膜制作了宽带和窄带光谱响应的自驱动光电探测器,响应范围根据工作位置的变化可连续调节。通过使用单组分钙钛矿薄膜作为滤光片,实现了FWHM为19.8nm的窄带光谱响应。将梯度带隙钙钛矿薄膜作为滤光片,获得了峰值波长从455至760nm的连续可调窄带响应。进一步利用多波段光电探测器制作了自驱动光谱仪,成功地解析了窄带和宽带光谱。这种溶液互扩散的制备方法简单易行,可用于制造多种组分梯度材料。
       我们发现可以通过两个液滴的互扩散来制备组分梯度膜。如图1所示,两滴溶液滴到基底上以后自发铺展,然后两个液滴接触并融合,在中间形成接触线,随后两种溶液相互扩散,产生溶质浓度梯度,在溶剂蒸发后形成具有横向组分梯度的薄膜。梯度区域的宽度取决于相互扩散时间,可以通过改变液滴之间的距离、溶液的体积和衬底的温度来调节相互扩散时间,从而制备具有不同梯度区域宽度的薄膜。利用梯度组分薄膜可以很容易地制备自驱动光探测器,在梯度组分区域制备电极阵列,每个单元器件都有不同的光响应范围。横跨梯度组分制备电极,在薄膜不同位置有不同的光响应范围。将钙钛矿薄膜作为滤光片与梯度组分薄膜制备的光探测器相结合,可以制备窄带光探测器,利用梯度组分薄膜可调的光响应,可以调节响应的半峰宽,最窄可达19.8 nm,与单晶钙钛矿窄带探测器相当。进一步将不同光响应的器件结合,首先测量每个元器件的光响应曲线,然后测量未知光谱照射下每个元器件的光电流,通过解方程组可以反推出未知光谱,从而制备出自驱动的光谱仪。
       文章信息:Zuo C, Zhang L, Pan X, et al. Perovskite films with gradient bandgap for self-powered multiband photodetectors and spectrometers. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5714-y.

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