向万春陕西师范大学材料科学与工程学院研究员

专家信息：

向万春，现任陕西师范大学材料科学与工程学院研究员，曾任武汉理工大学材料科学与工程学院副研究员。

2010年于中国科学院化学研究所获得博士学位，2011至2014年在澳大利亚莫纳什大学工作，2014年7月起就职于武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，2017年至2018年在瑞士联邦理工学院(EPFL)光分子科学实验室Anders Hagfeldt教授课题组进行学术访问。研究领域是面向新型光电材料的制备、性能以及在有机-无机光伏器件等中的应用。在相关领域发表SCI论文40余篇，包括以通讯作者发表在能源领域顶级期刊的Joule, Energy & Environ. Sci以及ChemSusChem、Green Chem、J. Mater. Chem. A, Chem. Commun、Angew. Chem. In. Ed.等。获授权发明专利2项。研究成果曾被Energy & Environ. Sci.选为封面文章和热点文章等进行专题报道。共主持基金6项。

教育及工作经历：

2001-2005：陕西师范大学，理学学士。

2005-2010：中国科学院化学研究所，理学博士。

Ph. D. Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences

2010年获得中国科学院化学研究所理学博士学位11D93

Assistant Professor, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences

2010.7-2011.3 中国科学院西安光学精密机械研究所助理研究员

Postdoc, Department of Chemistry, Monash University, Australia

2011.4-2014.6 澳大利亚Monash大学博士后

Associate Professor, State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures, Wuhan University of Technology, Doctoral Tutor

2014.7-2020.6 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室副研究员博士生导师

Visiting Scholar, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland

2017.8-2018.8瑞士洛桑联邦理工学院访问学者

Professor, Shaanxi Normal University

2020.7至今陕西师范大学研究员

主要学术兼职：

1、中国硅酸盐学会理事。

2、Joule, Nat. Commun, Adv. Energy Mater., Nano Energy, ACS Applied Materials & Interface, Chem. Comm, J. Phys. Chem. J. Mater. Chem. A, J. Power Sources, New Journal of Chemistry等SCI期刊的审稿人

科学研究：

研究领域：

染料敏化太阳能电池

太阳能的有效利用是解决化石能源的日益枯竭及温室效应和环境污染等问题的重要途径之一。太阳能电池能实现无机械转化和污染副产品的情况下，把太阳能直接转化为电能，一直是研究热点。染料敏化太阳能电池由于其价格便宜、工艺简单、环境友好、形状多样化等优点而可能替代传统的硅基电池。染料敏化太阳能电池通常由在导电基底上的敏化纳晶多孔半导体作为工作电极，由铂等作为对电极，在两片电极中间由含有氧化还原电对的电解质构成。氧化还原电对在两片电极之间传输电子，同时在电子注入到半导体能带后使激发态染料得以再生。近年，腐蚀性低，吸光弱的基于联吡啶钴的电解质使得电解质的发展逐渐转向无碘电解质。我们已经成功将过渡金属（钴、锰等）配合物氧化还原电对用于染料敏化太阳能电池中并取得了优异的光电转换效率。通过对电解质进行凝胶固化，器件的稳定性得到了很大的提升。同时，我们采用水作为电解质溶剂来代替有毒的有机溶剂，获得了目前世界效率最高的水电解质染料敏化太阳能电池，这是制备环境友好的太阳能电池器件的一个重要途径。

钙钛矿太阳能电池

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池自2012年起已在世界范围内进行广泛的研究，并被科学杂志选为2013年科学界十大突破之一。在这种新型全固态杂化太阳能电池中，具有ABX3晶型结构的有机-无机-卤素钙钛矿材料为吸光材料。A是有机阳离子，B是金属离子，X是卤素离子。这种三卤钙钛矿材料具有很宽的吸光范围（300-800 nm）和高摩尔吸光系数，因此，很薄的一层吸光层（~ 300 nm）就足以满足高效钙钛矿太阳能电池的要求。而提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定性的方法在于材料的选择和工艺的优化。这种低成本和简单工艺的太阳能电池是光伏建筑一体化工程的重要组成部分。

研究方向：

1. 钙钛矿太阳能电池

Perovskite solar cells

2. 钙钛矿叠层太阳能电池

Tandem perovskite solar cells

3. CO2电催化还原

Electrocatalysis for CO2 reduction.

承担科研项目情况：

共主持基金6项。

1. 低带隙无机钙钛矿组分优化及其对稳定性的影响机理研究，国家自然科学基金面上项目，60万，2020.1.1-2023.12.31. 主持

2. 水电解质pH值的调控及其对p型染料敏化太阳能电池光电性能的影响，国家自然科学基金，21万，2016.1.1-2018.12.31，主持

3. 富勒烯衍生物脂基端功能化及其在低温钙钛矿电池上的应用，湖北省自然科学基金，5万，2016.1.1-2017.12.31，主持

4. 富勒烯衍生物端功能化及其在钙钛矿电池上的应用，北京分子科学国家实验室开放课题，8万，2016.3.1-2018.2.28，主持

科研成果：

在相关领域发表SCI论文20余篇，包括以通讯作者发表的Energy & Environ. Sci.、ChemSusChem.、Green Chem.、Chem. Commun.、Angew. Chemie. In. Ed.等。获授权发明专利2项。研究成果曾被Energy & Environ. Sci.选为封面文章和热点文章等进行专题报道。

发明专利：

[1]向万春,张帆,姚希. 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法[P]. 湖北：CN107919439A,2018-04-17.

[2]方艳艳,向万春,方世璧,林原. 一种悬挂强电负性离子官能团的离子液体聚合物及其制备方法与应用[P]. 北京：CN102234354A,2011-11-09.

[3]向万春,方世璧,林原. 聚合物-金属离子络合物凝胶电解质及其制备方法与应用[P]. 北京：CN102020748A,2011-04-20.

[4]向万春,方世璧,林原. 聚合物-金属离子络合物凝胶电解质及其制备方法与应用[P]. 北京市：CN102020748B,2012-08-08.

[5]向万春,张帆,姚希. 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法[P]. 湖北省：CN107919439B,2020-01-14.

[6]向万春,郑勇,潘俊烨,陈麒,涂晓诗. 一种全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法[P]. 湖北省：CN110416361A,2019-11-05.

[7]方艳艳,向万春,方世璧,林原. 一种悬挂强电负性离子官能团的离子液体聚合物及其制备方法与应用[P]. 北京市：CN102234354B,2014-04-16.

论文专著：

代表性论文：

26.Wanchun Xiang*, Junye Pan, Qi Chen, In Situ Formation of NiOxInterlayer for Efficient n-i-p Inorganic Perovskite Solar Cells, ACS App. Energy Mater. 2020, 3, ‏5977-5983

25.Wanchun Xiang*#, Zaiwei Wang#, Dominik J. Kubicki, Wolfgang Tress, Jingshan Luo, Daniel Prochowicz, Seckin Akin, Lyndon Emsley, Jiangtao Zhou, Giovanni Dietler, Michael Grätzel, Anders Hagfeldt*, Europium-Doped CsPbI2Br for Stable and Highly Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells, Joule, 2019, 3, 205-214. (ESI高被引论文和热点论文)

24.Wanchun Xiang*#, Zaiwei Wang#, Dominik J. Kubicki, Wolfgang Tress, Jingshan Luo, Xueting Wang, Jiahuan Zhang, Albert Hofstetter, Lijun Zhang, Lyndon Emsley, Michael Grätzel, Anders Hagfeldt*, Ba-induced phase segregation and band gap reduction in mixed-halide inorganic perovskite solar cell,Nat. Commun. 2019,10, 4686.

23.Wanchun Xiang*, Wolfgang Tress*, Review on Recent Progress of All-inorganic-Metal Halide Perovskites and Solar Cells, Adv. Mater. 2019, 31, 201902851

22.Qi Chen, Wei Wang, Shengqiang Xiao*, Yi-bing Cheng, Fuzhi Huang, and Wanchun Xiang*, Improved Performance of Planar Perovskite Solar Cells Using an Amino-Terminated Multifunctional Fullerene Derivative as the Passivation Layer, ACS App. Mater. Inter, 2019, 11, 27145-27152

21.Abdelaal Saiyd Abdelaal Ahmed, Wanchun Xiang*, Amiinu Ibrahim Saana, Li Ziying, Ruohan Yu and Xiujian Zhao*, ZnO-nitrogen doped carbon derived from zeolitic imidazolate framework as an efficient counter electrode in dye-sensitized solar cells, Sustainable Energy Fuels, 2019, 3, 1976-1987 (内封面文章)

20.Wanchun Xiang*, Anders Hagfeldt*, Phase stabilization of all-inorganic perovskite materials for photovoltaics, Current Opinion in Electrochemistry, 2018, 11, 141-145.

19.Abdelaal. S. A. Ahmed, Wanchun Xiang*, Ziying Li, Ibrahim Saana Amiinu, Xiujian Zhao*, Yolk-shell m-SiO2@ Nitrogen doped carbon derived zeolitic imidazolate framework high efficient counter electrode for dye-sensitized solar cells, Electrochimica Acta, 2018, 292, 276-284.

18.Abdelaal S. A. Ahmed, Wanchun Xiang*, Xiaowei Hu, Chen Qi, Xiujian Zhao*, Si3N4/MoS2-PEDOT: PSS composite counter electrode for bifacial dye-sensitized solar cells, Solar Energy, 2018, 173, 1135-1143.

17.Abdelaal S. A. Ahmed, Wanchun Xiang*, Ibrahim Saana Amiinu and Xiujian Zhao*, Zeolitic-imidazolate-framework (ZIF-8)/PEDOT:PSS composite counter electrode for low cost and efficient dye-sensitized solar cells, New J. Chem. 2018, 42, 17303-17310.

16.Abdelaal S. A. Ahmed, Wanchun Xiang*, Ibrahim Saana Amiinu and Xiujian Zhao*, Carbon black/silicon nitride nanocomposites as high-efficiency counter electrodes for dye-sensitized solar cells, New J. Chem. 2018, 42, 11715-11723.

15.Wanchun Xiang*, Qi Chen, Yiyuan Wang, Meijin Liu, Fuzhi Huang, Tongle Bu, Taishan Wang, Yi-Bing Cheng, Xiao Gong, Jie Zhong, Peng Liu, Xi Yao* and Xiujian Zhao, Improved air stability of perovskite hybrid solar cells via blending poly(dimethylsiloxane)–urea copolymers, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 5486-5494.

14.Xiao Li Zhang*, Wenchao Huang, Anna Gu, Wanchun Xiang*, Fuzhi Huang, Zheng Xiao Guo, Yi-Bing Cheng and Leone Spiccia, High efficiency solid-state dye-sensitized solar cells using a cobalt(II/III) redox mediator, J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 4875-4883.

13.Anna Gu, Wanchun Xiang*, Taishan Wang, Shaoxuan Gu, Xiujian Zhao, Enhance photovoltaic performance of tris(2,2’-bipyridine) cobalt(II)/(III) based dye-sensitized solar cells via modifying TiO2 surface with metalorganic frameworks, Solar Energy, 2017, 147, 126–132.

12.Huangzheng Liu, Wanchun Xiang*, Haizheng Tao*, Probing the influence of lithium cation as electrolyte additive for the improved performance of p-type aqueous dye sensitized solar cells, J. Photochem. Photobio. A: Chemistry, 2017, 344, 199-205.

11.Wanchun Xiang,* Joshua Marlow, Peter Bauerle, Udo Bach and Leone Spiccia*, Aqueous p-type dye-sensitized solar cells based on the tris(1,2- diaminoethane) cobalt(II)/(III) redox mediator, Green Chem. 2016, 18, 6659-6665.

10.Wanchun Xiang, Dehong Chen, Rachel A. Caruso, Yi-Bing Cheng, Udo Bach and Leone Spiccia, The Effect of the Scattering Layer in Dye-Sensitized Solar Cells Employing a Cobalt-Based Aqueous Gel Electrolyte, ChemSusChem, 2015, 8, 3704-3711.

9.Cunku Dong, Wanchun Xiang,Fuzhi Huang, Dongchuan Fu, Udo Bach, Yi-Bing Cheng, Xin Li and Leone Spiccia, Angew.Chem. Int. Ed., 2014, 53, 6933-6937

8.Cunku Dong, Wanchun Xiang, Fuzhi Huang, Dongchuan Fu, Wenchao Huang, Udo Bach,Yi-Bing Cheng Leone Spiccia and Xin Li, Nanoscale, 2014, 6, 3704-3711.

7.YangChen, Fuzhi Huang, Wanchun Xiang,Dehong Chen, Lu Cao, Leone Spiccia, Rachel A. Caruso and Yi-Bing Cheng,Nanoscale,, 2014, 6, 13787–13794

6.Wanchun Xiang, Fuzhi Huang, Yi-Bing Cheng, Udo Bach and Leone Spiccia, Aqueous dye-sensitized solar cell electrolytes based on the cobalt(II)/(III) tris(bipyridine) redox couple, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 121-127. (封面文章和热点文章)

5.Wanchun Xiang, Akhil Gupta, Muhammad Kalim Kashif, Ante Bilic, Richard A. Evans, Leone Spiccia and Udo Bach, Cyanomethylbenzoic acid: Novel acceptor for the donor-π-acceptor modular organic chromophores for dye-sensitized solar cells, ChemSusChem, 2013, 6, 256-260.

4.Jeremiah Toster, K. Swaminathan Iyer, Wanchun Xiang, Federico Rosei, Leone Spiccia and Colin L. Raston, Nanoscale,2013, 5, 873-876.

3.Yujian Huang, Wanchun Xiang, Xiaowen Zhou, Yuan Lin, Shibi Fang, Electrochimica Acta, 2013, 89, 29-34.

2.Wanchun Xiang, Wenchao Huang, Udo Bach and Leone Spiccia, Stable High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells Based on a Cobalt Polymer Gel Electrolyte, Chem. Commun. 2013, 49, 8997-8999.

1.Wanchun Xiang, Yanyan Fang, Shibi Fang, Yuan Lin, Polymer metal complex as gel electrolyte for quasi-solid state dye-sensitized solar cells, Electrochimica Acta, 2011, 56, 1605-1610.

会议论文：

[1]向万春. 组分调控实现高效稳定钙钛矿太阳能电池的制备[C].2021全国太阳能电池材料器件与技术大会论文集.2021:47.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.008446.

[2]向万春. 组分调控对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响[C].第二届全国光电材料与器件学术研讨会摘要集.2021:181.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.007909.

[3]向万春,陈麒,张帆. 一种富勒烯衍生物修饰材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[C].第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集.2017:225.

科学中国人报道：

奏万春：向“阳”而生

——记武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室副教授向万春

在当下追求清洁能源的大背景下，能直接把光能转化成电能的太阳能电池，已经形成了相当大的产业规模。实际上，形成如今这种规模，太阳能电池经历了相当长的3个发展阶段。

荒原或沙漠中的太阳能电池板，通常都是用晶体硅材料制成的。不过想要制造这种高纯硅面临着造价高、耗能高等难题，这严重制约了主要基于单晶硅的第一代太阳能电池的发展。而相比第一代，以非晶硅、铜铟镓硒薄膜、碲化镉薄膜为代表的第二代太阳能电池，虽然降低了成本，但效率却没有提升，因此性能会随着使用时间的增长而衰退。而被称作新概念太阳能电池的第三代太阳能电池，就是今天的重点，钙钛矿太阳能电池。

有趣的是，钙钛矿太阳能电池中并没有钙元素，也没有钛元素。它的得名在于其中的吸光层材料：一种钙钛矿型物质。由于其具有众多优良特性，越来越多的科研人员对它青睐有加，将源源不断的人力、物力投入到相关研究中，也令钙钛矿太阳能电池的巨大魅力逐渐展现在人们面前。武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室副教授向万春基于钙钛矿薄膜太阳能电池，在材料性质、器件结构以及大面积制备薄膜太阳能电池的工艺研究上不断前行，并一步步将研究向产业化方向过渡。

永无止境不断高攀

教育就好像是一棵树摇动另一棵树，一朵云推动另一朵云，一个灵魂撼动另一个灵魂的活动，老师对学生的意义不言而喻，要想让学生“信其道”，必先使学生“亲其师”。向万春之所以能进入钙钛矿太阳能电池领域，还得从化学的大背景说起。向万春与化学的结缘就源于高中时期的化学老师，老师幽默风趣的讲课方式与生动灵活的课堂氛围让他一下就对化学产生了兴趣。在填报大学志愿时他毫不犹豫地选择了化学，也暗下决心要成为一名教师。可计划赶不上变化，大学期间向万春在学习基础化学理论之外，还有机会走进实验室接触到了有机化学实验。体验到化学作为一门实验学科的魅力之后，向万春心想，要是能继续研究化学中的神奇就好了。于是，在陕西师范大学毕业后，他进入中国科学院化学研究所继续延续与化学的缘分。

在研究所读完硕士与博士后，向万春已经在化学领域积累了丰富的研究经验，博士毕业后他来到中国科学院西安光学精密机械研究所工作，学无止境，向万春总觉得还有更多的化学奥秘等待他去探索。于是，工作一年后，他远赴澳大利亚莫纳什大学进行博士后的相关工作。这期间，他延续前期在硕博时的研究方向，以化学作支撑，重点进行染料敏化太阳能电池研究。

3年的博士后工作一晃而过，回国后向万春进入武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室。他介绍，目前实验室已具备进行化学合成的条件，且与武汉理工大学复合材料新技术国家重点实验室教授程一兵带领的团队保持着紧密且良好的合作关系，目前程一兵团队已有150平方米的万级超净间作为电池制备及表征实验室。实验室的大力支持为向万春的研究开了个好头，也让他能够将更多精力投入到研究中。

2016年，向万春与实验室团队对p型染料敏化太阳能电池（p-DSCs）展开研究。他提到，这对于大幅提高叠层电池的光电转化效率意义重大。于是，他决定先对基于水电解质的p-DSCs的光电转换效率和稳定性进行调节。为此，他通过调节水电解质pH值的方式，既实现了半导体工作电极的质子掺杂，又改变了电解质的氧化还原电位，继而使p-DSC的光电转换效率得到优化。

向万春特别提到，与有机电解质不同的是，这种方法在水电解质体系中的效果会更加明显。对此，在效率得到优化后，向万春又继续研究在不同pH条件下，p-DSCs中电荷在工作电极或电解质界面的传输和复合机理。他通过研究不同pH值对器件中工作电极或电解质界面处光生空穴的复合机制和影响规律，更全面地了解了电荷在器件内部的传输机理，打破了对基于水电解质的p-DSCs界面电荷传输行为尚不清楚的局面，为在水电解质中的应用提供了理论指导。

匠心独具创新求稳

太阳能电池可谓是筑起了向万春对科研的不懈追求之路，他是无数太阳能电池人的剪影，孜孜不倦地耕耘在太阳能电池领域，攻克了一个又一个核心技术难题。当时已经对染料敏化太阳能电池颇有研究心得的向万春，注意到了太阳能电池领域中，一个虽萌生不久发展势头却很强劲的新方向：钙钛矿太阳能电池。

该电池不仅制作工艺简单，发电成本还很低，钙钛矿结构材料从2009年首次应用于光伏技术以来，光电转换效率已经从3.8%跃升至23.3%，提高了5倍多。但纵使有着许许多多的优点，该电池也不是完美的，其不稳定性问题直到现在都没有解决。

向万春介绍，在钙钛矿中，其有机组分对热很不稳定，一旦暴露在高温下极易挥发分解，很大程度上决定了钙钛矿电池的使用寿命。科研人员虽然已经发现全无机钙钛矿可从根本上解决稳定性问题，但别说是在高温下，低带隙全无机钙钛矿材料就算是在室温条件下，也会自动从立方相（钙钛矿相）变成正交相（非钙钛矿相），继而会失去光电活性。

为了找到问题的突破口，向万春和瑞士洛桑联邦理工学院的Anders Hagfeldt教授团队合作，他们将离子半径较小的铕作为部分铅的替代品，设计了一种新型的基于铕掺杂的CsPbI2Br全无机钙钛矿材料。铕掺杂不但可以提高CsPbI2Br的相稳定性、减小晶粒尺寸、提高成膜质量，还可以显著减小钙钛矿太阳能电池内部的非辐射复合。设计出的新材料可实现在相对湿度低于40%条件下钙钛矿薄膜稳定存在6个月以上的稳定性。经验证，由这种新材料制备的无机钙钛矿太阳能电池具有13.71%的光电转换效率，且在连续标准光照下具备良好的稳定性。成果最近发表于Cell Press旗下的能源旗舰期刊Joule上。

如今，各个国家越来越意识到构建可持续发展社会的必要性，因此，尽可能多地使用洁净能源代替高含碳量的矿物能源是大势所趋，太阳能作为一种新兴可再生能源恰好满足这个需求。我国对新能源领域极为重视，在2016年发布的“十三五”规划纲要（草案）中就明确写明：要加快发展中东部及南方地区分布式风电、分布式光伏发电。迎着良好的发展势头，向万春对今后的研究很有信心。他表示，接下来的重点是希望能够在研究之外，也在科研产出上多出些成果，将研发的一系列新技术引向企业得到实际应用，为光伏发电领域的发展贡献自己的力量。

从事太阳能电池研究，道阻且长，但依托武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室这样良好的科研平台，向万春与一代代武汉理工的科研人，始终以服务国家需求为己任，潜心研究，默默积累，为不断壮大的“中国力量”书写坚定而有力的一笔。

来源：科学中国人 2018年22期