完成单位：中山大学测试中心、暨南大学理工学院物理学系

完成人：谢方艳，孟辉，陈建，刘彭义，龚力，张浩

成果简介：

　　以表界面分析方法（X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、准原位X射线光电子能谱、XPS氩离子刻蚀联合技术等）为主要研究手段，对电池器件（燃料电池、锂离子/锂氧电池、钙钛矿太阳能电池等）性能提高的机理进行研究。首先利用光电子能谱确定氧还原反应非贵金属催化剂的活性位点，明确燃料电池、锂离子/锂氧电池的电极材料成分与性能之间的关系；其次通过准原位X射线光电子能谱、紫外光电子能谱、XPS氩离子刻蚀联合技术研究钙钛矿薄膜的具体成分、电子结构及其演变过程，有效地将材料的组成、电子结构、稳定性和光电性能等紧密联系起来，深入研究钙钛矿太阳能电池性能提高的内在机理；同时利用X射线光电子能谱与紫外光电子能谱技术厘清了硅基/氧化物异质结界面的氧化还原的机制、明确聚合物太阳能电池阴极界面层提高器件性能的内在机理；最后对表面分析技术进行方法探讨，研究光电子能谱仪自带光源对钙钛矿薄膜表面性质的影响、对不同方法测量材料功函数的结果进行分析比较。

　　利用表界面分析方法在电池机理研究中的具体应用取得了系列原创成果：发表于Advanced Materials、ACS Energy Letter 等期刊论文共40篇；出版译著《表面分析技术》；获授权发明专利3项；制定国家标准1项。以上研究成果可应用于燃料电池、锂离子/锂氧电池、太阳能电池等内在机制的探索。

创新点及科学价值：

　　1.使用X射线光电子能谱与紫外光电子能谱联合技术确定电池关键材料的化学成分、电子结构及其演变过程，揭示电池电极材料的组成、电子结构对电池性能的影响机理。

　　2.通过准原位X射线光电子能谱表征技术、XPS氩离子刻蚀联合技术深入研究提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率与改善器件稳定性的内在机理，为材料的制备选择合适的方法及对器件结构进行优化设计具有指导意义。

社会经济效益：

　　1.从构效关系出发，明确了影响电池性能的关键因素，为高效、稳定的电池关键材料设计与开发提供了新的途径。

　　2.利用表界面分析方法深入研究燃料电池、锂离子/锂氧电池、太阳能电池性能提高的机理，促进了这些新型电池的商业化进程。

应用前景：

　　1.发展的表界面分析方法可应用于不同类型电池的内在机制研究，为高性能电池的研制提供理论指导。

　　2.有助于从事电池研究、表界面科学的研究工作者了解表界面分析方法及应用实例，指导相关研究人员根据实际科研需求选择合适的表界面分析方法。