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來源丨材料學網

2023年6月21日，薛晶晶與西湖大學王睿、加利福尼亞大學楊陽及瑞士洛桑聯邦理工學院Mohammad Khaja Nazeeruddin）以共同通訊的身份在Nature在線發表研究論文題為“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（可以帶來更好的結晶度、更低的缺陷，也意味著更高的光電效率和更強的穩定性），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，均師從楊陽教授再細看他們的履歷，會發現兩個人的學術經歷更多相似之處：

他們都曾就讀于美國加州大學洛杉磯分校，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榜單發布，在科學和醫療健康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歲以下科技創新35人”和亞太區“35歲以下科技創新35人”榜單。

王睿圖源：西湖大學

薛晶晶圖源：浙江大學

在導師楊陽教授的實驗室，王睿和薛晶晶就已經成為了完美的科研搭檔。他們曾經共同合作發表了兩篇備受科學界關注的《科學》論文。最近，他們合作完成了第三篇業界矚目的《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，要把工學領域的作品發表在《自然》《科學》這樣的主流刊物上，是非常不容易的。然而，這兩個年輕人聯手合作，卻能一次又一次地創造傲人成績。值得一提的是，楊陽課題組一向以培養高素質人才著稱。目前，已經有至少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據發現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生長的方向和最終生成的物相，也決定了鈣鈦礦的光電轉化效率。

鈣鈦礦薄膜成核及生長的全過程原位監測

“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，會使得反應都沿著這個能量最低的方向進行。”薛晶晶說，這揭示了一種“取向成核”機制來控制具有光學活性的鈣鈦礦晶相的產生，“而且我們測試了不同場景下鈣鈦礦晶體生長方式，發現這個機制在幾乎所有的鈣鈦礦晶體生長模式中都適用。”這給未來進一步調控找到了重要突破口。

專長互補，共闖“鈣鈦礦”領域

王睿和薛晶晶合作發表的這3篇頂刊論文，都聚焦于鈣鈦礦太陽能電池領域。

2019年發表在《科學》上的那篇成名作令人印象非常深刻。他們為鈣鈦礦太陽能電池設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的機制。

2019年兩人合作發表的《科學》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嗎？這個看似無厘頭的玩笑引發了他們的進一步合作，通過分子結構優化，他們甚至發現了茶堿能夠更優秀地提升電池性能。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》雜志上發表。這個驚人的故事充滿啟示，也展示了科學家的創造力和勇氣。?

2021年兩人合作發表的《科學》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定性。近期發表在《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”結構，通過加入“戊脒”添加劑，研究人員發現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晶程度、光電效率和穩定性，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新性工作打下了堅實基礎。幸運的是，兩人都在國內的杭州市工作，這為他們之間的合作帶來了無限延續的可能。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的博士生。

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

鈣鈦礦光吸收率比硅高出整整一個數量級，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，光電性質依然能保持得很好，這相較于硅來說就有一定的生產和應用優勢。”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王睿教授（同為93后博導）聯手發表的第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，也培養了很多優秀的人才，桃李遍布海內外（培養出了48個左右的博士畢業生，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，也離不開良師指導和益友幫助。

楊陽教授課題組，在半導體材料與器件方面有著20余年的研究經驗，創造了該領域的多項世界紀錄。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. 等著名學術期刊上發表論文500余篇, 所發表論文被引用超140000次。

課題組主頁：http://yylab.seas.ucla.edu/

薛晶晶，浙江大學材料科學與工程學院、硅材料國家重點實驗室“百人計劃”研究員、博士生導師。

2016年9月于南京大學化學化工學院取得學士學位

2020年5月于加州大學洛杉磯分校材料科學與工程學院取得博士學位，師從半導體光電材料與器件領域國際著名學者Yang Yang教授，期間曾赴斯坦福大學材料科學與工程學院崔屹教授課題組訪學，博士畢業后在加州大學洛杉磯分校繼續博士后研究工作

2021年全職加入浙江大學材料科學與工程學院。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“35歲以下科技創新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）

先后共發表SCI論文40余篇，以第一作者在Science發表2篇！其它Nat. Rev. Mater.、Nat. Photonics、Nat. Energy、Adv. Mater. （2篇）、Joule （2篇）、J. Am. Chem. Soc. （2篇）等期刊發表學術論文近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美國人、福布斯等多家國際知名媒體的廣泛報道。長期擔任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上發表一篇文章，Constructive molecular configurations for surface-defect passivation of perovskite photovoltaics，發現茶堿可以有效地提高鈣鈦礦的效率至23%，另外，電池連續工作500小時后保持90%的原始效率。

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