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來源丨材料學(xué)網(wǎng)

2023年6月21日，薛晶晶與西湖大學(xué)王睿、加利福尼亞大學(xué)楊陽及瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Mohammad Khaja Nazeeruddin）以共同通訊的身份在Nature在線發(fā)表研究論文題為“Oriented nucleation in formamidinium perovskite for photovoltaics”，該研究報告了一種新的甲脒鉛碘鈣鈦礦取向成核方法：該機制可以幫助避免不良相的存在（可以帶來更好的結(jié)晶度、更低的缺陷，也意味著更高的光電效率和更強的穩(wěn)定性），并提高光伏器件在不同薄膜加工場景下的性能。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06208

實驗室所制備的小面積鈣鈦礦太陽能電池器件

值得一提的是，王睿教授和薛晶晶教授是兩名“93后”博導(dǎo)，均師從楊陽教授再細看他們的履歷，會發(fā)現(xiàn)兩個人的學(xué)術(shù)經(jīng)歷更多相似之處：

他們都曾就讀于美國加州大學(xué)洛杉磯分校，是該校教授楊陽門下同級的博士研究生。2021年度福布斯中國30Under30榜單發(fā)布，在科學(xué)和醫(yī)療健康30人名單里，兩人雙雙入選。此外他們還在2022年分別登上了《麻省理工科技評論》全球“35歲以下科技創(chuàng)新35人”和亞太區(qū)“35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單。

王睿圖源：西湖大學(xué)

薛晶晶圖源：浙江大學(xué)

在導(dǎo)師楊陽教授的實驗室，王睿和薛晶晶就已經(jīng)成為了完美的科研搭檔。他們曾經(jīng)共同合作發(fā)表了兩篇備受科學(xué)界關(guān)注的《科學(xué)》論文。最近，他們合作完成了第三篇業(yè)界矚目的《自然》論文，這也是他們兩個人成為獨立PI后的首次“雙劍合璧”。楊陽教授也感慨，要把工學(xué)領(lǐng)域的作品發(fā)表在《自然》《科學(xué)》這樣的主流刊物上，是非常不容易的。然而，這兩個年輕人聯(lián)手合作，卻能一次又一次地創(chuàng)造傲人成績。值得一提的是，楊陽課題組一向以培養(yǎng)高素質(zhì)人才著稱。目前，已經(jīng)有至少40位青年教授在這里扎根成長，并有多人回國投身工作。

鈣鈦礦晶體最初的單元稱之為“晶核”，原子慢慢聚集長大就成了宏觀材料。薛晶晶通過大量的實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在鈣鈦礦形成過程的最開始幾秒，初始的晶核就具有（100）晶面的取向性，這個取向決定了后面晶體繼續(xù)生長的方向和最終生成的物相，也決定了鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)化效率。

鈣鈦礦薄膜成核及生長的全過程原位監(jiān)測

“晶核就像一個魔方，有很多個面，將我們所需晶相的（100）面的能量控制到最低，會使得反應(yīng)都沿著這個能量最低的方向進行?！毖Ьдf，這揭示了一種“取向成核”機制來控制具有光學(xué)活性的鈣鈦礦晶相的產(chǎn)生，“而且我們測試了不同場景下鈣鈦礦晶體生長方式，發(fā)現(xiàn)這個機制在幾乎所有的鈣鈦礦晶體生長模式中都適用?！边@給未來進一步調(diào)控找到了重要突破口。

專長互補，共闖“鈣鈦礦”領(lǐng)域

王睿和薛晶晶合作發(fā)表的這3篇頂刊論文，都聚焦于鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域。

2019年發(fā)表在《科學(xué)》上的那篇成名作令人印象非常深刻。他們?yōu)殁}鈦礦太陽能電池設(shè)計了三個相似的生物堿：咖啡因、茶堿和可可堿，用以研究其對鈣鈦礦表面缺陷修復(fù)的機制。

2019年兩人合作發(fā)表的《科學(xué)》論文

王睿曾在接受媒體采訪時透露，這項頗具意義的研究工作始于喝咖啡時的一個笑話。在討論鈣鈦礦太陽能電池時，他們玩笑說如果需要咖啡來補充能量，那么鈣鈦礦會需要咖啡來提高表現(xiàn)嗎？這個看似無厘頭的玩笑引發(fā)了他們的進一步合作，通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化，他們甚至發(fā)現(xiàn)了茶堿能夠更優(yōu)秀地提升電池性能。這段旅程因為一個玩笑而開始，卻為這對青年科學(xué)家的合作之旅助力不少。最近，他們完成的另一項工作再次在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。這個驚人的故事充滿啟示，也展示了科學(xué)家的創(chuàng)造力和勇氣。?

2021年兩人合作發(fā)表的《科學(xué)》論文

他們又拿出了新招，將有機共軛陽離子引入鈣鈦礦電池的能帶邊中，使用一種含有芘的有機銨成功提升了電池的效率和穩(wěn)定性。近期發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究則徹底顛覆了鈣鈦礦太陽能電池的“胚胎”結(jié)構(gòu)，通過加入“戊脒”添加劑，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的甲脒鉛碘鈣鈦礦（FAPbI3）取向成核方法，大大提高了電池的晶體結(jié)晶程度、光電效率和穩(wěn)定性，而且適用于所有制備方法和電池大小。研究團隊中，薛晶晶與王睿各自專攻不同研究方向，但共同合作卻為這項創(chuàng)新性工作打下了堅實基礎(chǔ)。幸運的是，兩人都在國內(nèi)的杭州市工作，這為他們之間的合作帶來了無限延續(xù)的可能。值得一提的是，《自然》論文的第一作者石鵬舉，正是薛晶晶和王睿共同培養(yǎng)的博士生。

鈣鈦礦太陽能電池可以說是光伏領(lǐng)域的一批“黑馬”，在不到十年年的時間里，走完了硅電池幾十年的發(fā)展道路。這背后，其實是鈣鈦礦這種材料獨有的性能優(yōu)勢。

鈣鈦礦光吸收率比硅高出整整一個數(shù)量級，而且有一定的缺陷容忍度。“鈣鈦礦材料即便不是那么純凈，里面存在一些雜質(zhì)，光電性質(zhì)依然能保持得很好，這相較于硅來說就有一定的生產(chǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢?！?/span>薛晶晶說。

值得注意的是，這項研究是薛晶晶教授與西湖大學(xué)王睿教授（同為93后博導(dǎo)）聯(lián)手發(fā)表的第3篇頂刊！均師從楊陽教授。UCLA楊陽教授課題出了很多重要成果，也培養(yǎng)了很多優(yōu)秀的人才，桃李遍布海內(nèi)外（培養(yǎng)出了48個左右的博士畢業(yè)生，55個左右的博士后，其中大概有40人成為了高校老師，遍布于世界各地）。薛晶晶有今天的成就，也離不開良師指導(dǎo)和益友幫助。

楊陽教授課題組，在半導(dǎo)體材料與器件方面有著20余年的研究經(jīng)驗，創(chuàng)造了該領(lǐng)域的多項世界紀(jì)錄。目前課題組具有世界頂尖的有機太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池的研究團隊和實驗設(shè)備。課題組在Nature, Science, Nat. Mater., Nat. Photon., Nat. Nanotech., Nat. Commun., Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc, Adv. Mater. 等著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文500余篇, 所發(fā)表論文被引用超140000次。

課題組主頁：http://yylab.seas.ucla.edu/

薛晶晶，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、硅材料國家重點實驗室“百人計劃”研究員、博士生導(dǎo)師。

2016年9月于南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院取得學(xué)士學(xué)位

2020年5月于加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程學(xué)院取得博士學(xué)位，師從半導(dǎo)體光電材料與器件領(lǐng)域國際著名學(xué)者Yang Yang教授，期間曾赴斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院崔屹教授課題組訪學(xué)，博士畢業(yè)后在加州大學(xué)洛杉磯分校繼續(xù)博士后研究工作

2021年全職加入浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。目前主要從事金屬鹵化物鈣鈦礦光電材料與器件研究

入選國家高層次人才引進計劃、《麻省理工科技評論》亞太區(qū)“35歲以下科技創(chuàng)新35人” （MIT Technology Review “Innovators Under 35”, Pacific Asian）、福布斯中國30歲以下精英榜（Forbes China 30 under 30）

先后共發(fā)表SCI論文40余篇，以第一作者在Science發(fā)表2篇！其它Nat. Rev. Mater.、Nat. Photonics、Nat. Energy、Adv. Mater. （2篇）、Joule （2篇）、J. Am. Chem. Soc. （2篇）等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文近20篇。多篇論文入選ESI熱點和高被引論文，成果曾受到包括科學(xué)美國人、福布斯等多家國際知名媒體的廣泛報道。長期擔(dān)任J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., ACS Nano, ACS Energy Lett.等國際著名期刊審稿人

2019年，薛晶晶（與王睿）以共同一作的身份在Science上發(fā)表一篇文章，Constructive molecular configurations for surface-defect passivation of perovskite photovoltaics，發(fā)現(xiàn)茶堿可以有效地提高鈣鈦礦的效率至23%，另外，電池連續(xù)工作500小時后保持90%的原始效率。

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