人物訪談
在全球氣候變化與能源危機的雙重壓力下,太陽能作為一種可再生能源,受到各界關注。其中,基於鈣鈦礦材料的太陽能發電因其效率高,成本低等優勢,被認為是最具潛力的技術之一。本期WILEY人物訪談我們邀請美國傑克遜州立大學戴其林副教授為讀者介紹他在鈣鈦礦光電材料和器件方面的研究成果與學術心得。
人物介紹
戴其林,2004和2009年分別在哈爾濱師範大學和中科院長春光機所獲得學士和博士學位。2009年到2016年在美國佛吉尼亞聯邦大學、弗羅里達州立大學、懷俄明大學和天普大學做博士後研究。2016年開始就職於在美國傑克遜州立大學物理系,作為助理教授建立光電能源器件課題組。 2022年晉升為終身副教授。
長期以來一直從事光電材料和器件的研究。曾先後獲得美國自然科學基金委,美國教育部,美國能源部等項目資助。近年來以第一作者或通訊作者在國際刊物上發表SCI收錄學術論文近70篇,包括 J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Angew. Chem. Int., Adv. Energy Mater.,Nano Energy,獲得授權發明美國專利1項。擔任Scientific Reports編委。
MVC:能否簡單介紹一下您課題組的工作?
DQL:我們課題組主要從事鈣鈦礦太陽能電池的器件結構調控和穩定性的研究。通過界面層的鈍化和鈣鈦礦薄膜的製作方法的優化,調節電荷傳輸和減少電荷複合,提高鈣鈦礦電池器件性能。最終目的是獲得高效率和高穩定性的器件。
界面電荷耗損是太陽能電池中的核心問題之一,界面損耗限制了整體器件的性能。減少界面損耗是實現高效率器件的有效方法之一。我們課題組使用有機小分子以及高分子材料對鈣鈦礦的界面進行修飾。我們使用不同能級的修飾材料來調節電池界面的電荷傳輸和界面電阻,進而優化器件的結構和效率。通過我們的調控,器件的效率可提高原來效率的5-10%。
另外我們研究鈣鈦礦溶液中的溶質和溶劑的相互作用,優化傳統的鈣鈦礦溶液製備過程。我們發展的一個新的、不需要反溶劑的方法,通過溶劑的揮發而使得鈣鈦礦薄膜自然形成。這個方法更加貼近了實際的應用,更重要的是它更適用於大面積器件的製備和生產。我們可以做到10 cm x 10 cm 高質量鈣鈦礦薄膜。我們目前正在進行大面積器件的研究。
MVC:是什麼把您吸引到科學領域的呢?作為科研人員您對什麼非常感興趣呢?
DQL:我的導師宋宏偉教授(吉林大學)向我展示了科研的魅力,科研給我帶來的樂趣把我引到了科學領域。在我讀博士期間,有一次我的實驗遇到了問題,對於一個問題的解釋我很不理解,為什麼羥基增多反而樣品的發光增強。當時的文獻上的解釋也無法找到原因。我自己想了很多天也不明白, 重複實驗結果還是這樣。後來我和我的導師討論,他思考了很久然後又問了我很多問題:能否是羥基也可以修飾缺陷? 這時我按照他的思維方式進行思考。然後我馬上做實驗驗證他的說法,實驗結果正如宋老師預想。其他的實驗結果也都完美地吻合了。這些讓我茅塞頓開,我第一次感受到科研的樂趣。到我博士四年級, 我就夢想着我也能像宋老師一樣也有自己的實驗室。科研上的這個未知性和我們想辦法反覆的驗證、實驗、假說、再驗證,最後得出結論,這個探索未知的過程讓我感覺到了它的有趣。
MVC:您覺得對您的職業影響最大的人是誰?
DQL:我的博士生導師宋宏偉(吉林大學教授)和我的博士後導師唐勁科(懷俄明大學教授)這兩位導師對我的職業影響很大。宋老師帶我走進了科研的大門,他每周都和我們談我們的實驗指導我們。宋老師教我如何用軟件畫圖,教我如何組織一篇文章。文章的前言,實驗,結論的寫法。另外,我到現在還記得我的一篇JPCC,宋老師逐字逐句給我的草稿進行校對修改,從早上一直修改到了晚上9點,他也沒有回家, 也沒有吃飯。這種做事情的堅韌的態度影響了我。也鼓舞了我更加努力的繼續我的科研。唐老師指導我怎麼做一個教授。唐老師教我如何和別人合作研發一個課題,如何建立自己的課題組,以及如何指導學生。
MVC:您的研究組對於納米材料在能源領域研究的將來有什麼興趣?您對其前景有何展望?
DQL:通過我們課題組的前期工作我們了解到電池的界面工程可以有效提高電池的效率。而界面工程可以引起器件效率提高的常見的三個原因包括能級排列調控、界面的修飾、鈣鈦礦薄膜的生長。能級排列直接影響到電荷的界面傳輸勢壘。界面修飾影響了界面電阻。界面材料影響了鈣鈦礦薄膜的晶粒、晶界以及缺陷。 所以這三方面顯著地影響了電池的效率。如何進一步研究這三方面對電池器件的性能的影響和如何減少它們引起的電荷的損耗將成為未來研究重點。這些研究將加深我們對器件原理的認知,以便優化器件的結構和性能。
新型界面修飾材料的設計和製備也是未來研究的一個重要方向。具有可調控能級的修飾材料並且能使得鈣鈦礦生長出大晶粒、少缺陷、少晶界的高質量薄膜是這一領域的未來的主要研究方向之一。我們課題組今後會圍繞鈣鈦礦電池以及大面積模組的界面調控做更深入的研究工作。主要用新型的有機材料探索界面調控實現高性能的器件和模組, 加速鈣鈦礦電池在實際應用中的研發。
MVC:您覺得您對什麼類型的文章會很有興趣?
DQL:我很喜歡一些特別原創的工作。在一個領域裡,能夠研發出屬於自己的、獨特的,並且能解決這個領域問題的工作是我們一直追求的。
MVC:科學工作之餘,您如何平衡生活和工作?您最大的愛好是什麼?
DQL:我覺得對於一個科研的人來說可能工作就是生活,也基本沒有時間去做別的,也就是很難平衡生活和工作。我最大的愛好一個是和我的學生在實驗室里談工作。另一個是聽唱東北傳統二人轉,它能讓我調整狀態。
MVC:您認為什麼是科學工作者最重要的品質?您對有志從事科學研究的青年學生有什麼建議?
DQL:我認為作為科學工作者要具有堅持、自律、好奇心、上進心這幾點。我建議青年學生要敢於付出、敢於拼搏、堅持到底、相信自己、多看文獻、善于思考、定期整理和總結自己的數據,多和自己的導師溝通。
WILEY
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