science 支链氨基酸
破解钙钛矿太阳电池填充因子和稳定性难题
导读
近日,西北工业大学材料学院李炫华教授与瑞士洛桑联邦理工大学Michael Gr?tzel教授、浙江大学沙威研究员团队合作,成功通过三维星型聚合物修饰钙钛矿材料制备出了光电转换效率大于22%和填充因子(FF)0.862的稳定反式太阳电池。该项研究在材料设计方面取得新进展,为进一步提高钙钛矿太阳电池的FF、改善其稳定性提供新思路,对太阳电池清洁能源的广泛利用等具有重要意义。7月7日,相关研究成果以《通过加入星形聚合物实现高填充因子、高效、稳定反式钙钛矿太阳电池》(“Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells with Very High Fill Factors via Incorporation of Star-Shaped Polymer”)为题在线发表于Science Advances上。DOI:10.1126/sciadv.abg0633.
研究背景
有机-无机杂化钙钛矿材料具有低成本、易于制造等优点,同时表现出强的全色太阳光吸收,长的载流子扩散长度和可调节的直接带隙。近几年,正式(n-i-p)钙钛矿太阳电池(PSCs)的功率转换效率(PCE)突飞猛进,认证效率高达25.5%。然而,反式(p-i-n)钙钛矿太阳电池的PCE与正式器件相比,相对较低。虽然开路电压 (Voc)、短路电流(Jsc)和填充因子(FF)高度相关并协同影响PCE,但研究人员主要致力于优化Voc,试图理解和优化FF值的工作相对较少。在大多数研究下,钙钛矿太阳电池的FF值通常在0.7到0.8之间。甚至对于认证效率高达22.7%和23.3%的器件来说,PCE对应的FF值也低于0.8。最近,有报道将FF提升至更高的0.848 [Nature, 2021, 590, 587],实现了高达25.2%的PCE,其中FF的显著提升起到了关键作用。
对于FF的优化,取得低串联电阻(Rs)和高并联电阻(Rsh)是必须的。PSC中的Rs是由导电基底、电子、空穴传输层及金属接触决定。提高传输层的电导率和迁移率将有助于提高钙钛矿太阳电池的FF值。为了提高Rsh值,应将体相和界面处载流子复合引起的漏电流最小化。除了Rs和Rsh外,缺陷诱导的体、表面复合显著影响FF和Voc。到目前为止,已提出多种钝化方法降低缺陷密度,提高Rsh和减少由缺陷引起的重组。基于路易斯酸碱理论的添加剂,包括溶剂、离子液体、小分子和聚合物,被广泛用于修饰钙钛矿薄膜。在极端条件下,小分子的高挥发性和高扩散系数可能难以维持钙钛矿太阳电池的长期稳定性。由于上述原因,研究者已尝试使用聚合物作为添加剂。然而,大多数聚合物具有一维(1D)线性结构,在修饰钙钛矿薄膜时表现出单一的钝化效果。通过多功能多支链的3D聚合物直接钝化3D钙钛矿材料的研究很少。
BACC平衡营养在生猪健康养殖研究获阶段性进展
近期,由中国工程院院士、中国科学院亚热带农业生态研究所研究员印遇龙领衔的科研团队就支链氨基酸(BCAA)平衡营养在生猪健康养殖上的研究获得新进展。
随着我国畜牧养殖业规模化程度的不断提高,饲料原料的需求量与日俱增,饲料产业发展和原料资源(尤其是蛋白质饲料资源)短缺的矛盾日益突出,当前蛋白质饲料进口依存度约为75%;另一方面,养殖排泄物(粪氮、尿氮)对生态环境的污染不容忽视。
为提高饲粮中氮素营养的利用效率,从而降低养殖过程中含氮物的污染,同时维持动物的生产性能以及肉产品的产量与质量,该团队采用低蛋白日粮平衡BCAA比例(Leucine:Isoleucine:Valine = 1:0.75:0.75~1:0.25:0.25),从体内和体外研究两个层面出发,系统研究并发现生长猪饲喂BCAA比例平衡的低蛋白日粮可改善其生长性能,上调氨基酸转运载体及蛋白质合成通路mTORC1并下调由泛素-蛋白酶系统介导的蛋白质降解通路,促进猪的肌肉生长以及肌细胞的增殖与分化;同时,生长猪的能量分配和脂质代谢受到调控,脂肪组织的脂质沉积被抑制,分解加快,所产生的能量供肌肉组织蛋白质合成代谢所需,且通过能量代谢网络AMPKα/SIRT1/PGC-1α调节线粒体的生物合成及其功能。
因此,当日粮蛋白质水平进一步降低时,补充比例平衡的BCAA可达到维持生长猪生产性能的目的,节约蛋白质饲料资源的同时,提高氮营养素的利用率,也为理想氨基酸模式提供新的思路与参考。相关研究成果先后发表在动物营养学领域的主流期刊Oncotarget(一区TOP,IF=5.168,已接收)、Journal of Agricultural and Food Chemistry(一区TOP,IF=3.154)、Journal of Animal Science(二区TOP,IF=1.863)和Nutrition(三区,IF=3.420)。
该研究得到了国家973课题(2013CB127305)和中国科学院青年创新促进会专项(2016326)等项目的资助。
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低蛋白日粮平衡BCAA比例对肌肉组织蛋白质代谢的调节机制
BACC平衡营养在生猪健康养殖研究获阶段性进展