今天小編分享的教育經驗：入職2年2篇Nature，西湖大學最年輕博導再發Nature，歡迎閱讀。
2023 年 6 月 21 日，西湖大學王睿、浙江大學薛晶晶、加利福尼亞大學楊陽及瑞士洛桑聯邦理工學院 Mohammad Khaja Nazeeruddin 共同通訊在Nature在線發表題為 "Oriented nucleation in formamidinium perovskite for photovoltaics" 的研究論文，該研究報告了一種新的甲脒鉛碘鈣钛礦取向成核方法。該機制可以幫助避免不良相的存在，并提高光伏器件在不同薄膜加工場景下的性能。該器件的功率轉換效率為 25.4% ( 經認證為 25.0% ) ，該模塊的面積為 27.83 cm2，經認證的孔徑效率為 21.4%。
研究的第一作者為西湖大學和浙江大學聯合培養的博士研究生石鵬舉，丁勇、丁斌、邢奇宇為共同第一作者。西湖大學王睿、浙江大學薛晶晶、加利福尼亞大學洛杉矶分校 UCLA Yang Yang 和洛桑聯邦理工學院 EPFL Mohammad Khaja Nazeeruddin 為共同通訊作者。勞倫斯伯克利實驗室、華北電力大學、復旦大學、馬爾馬拉大學為合作部門。該工作受到了西湖大學未來產業研究中心、西湖大學物質科學和分子科學實驗平台以及白馬湖實驗室的支持。
王睿和薛晶晶都是 90 後（人物介紹詳見文末），兩人 2021 年同年分别入職西湖大學和浙江大學，其中，1993 年生的王睿，2021 年全職加入西湖大學工學院，成為西湖大學最年輕博導。這也是王睿入職西湖大學 2 年來第二篇 nature。
同時，這也是繼浙江大學 6 月 7 日登 Nature 之後，時隔兩周，浙江大學與合作者再上 Nature，浙江大學仍為第一部門。
2022 年 3 月 15 日，加州大學洛杉矶分校楊陽，西湖大學王睿及韓國成均館大學 Jin-Wook Lee 共同通訊在Nature 在線發表題為 "Stability-limiting heterointerfaces of perovskite photovoltaics" 的研究論文，該研究表明表面處理可能會引起負功函數偏移（即更多的 n 型），這會激活滷化物遷移以加劇 PSC 不穩定性。因此，盡管表面鈍化具有有益效果，但這種有害的副作用限制了以這些方式處理的 PSC 可獲得的最大穩定性改進。這種有利和不利影響之間的權衡應指導通過表面處理提高 PSC 穩定性的進一步工作。
FAPbI3 具有令人印象深刻的帶隙和熱阻，因此成為最有希望用作光伏器件的候選鈣钛礦。然而，在室溫下，FAPbI3 的光活性黑色相在能量上并不有利。多型形成和其他中間非光活性相的存在很容易發生，這破壞了其光伏性能。為了促進黑相 FAPbI3 在室溫下的形成，已經開發了幾種方法，如與 PbI2 形成加合物和使用離子液體的溶劑工程。遺憾的是，FAPbI3 鈣钛礦的快速結晶動力學阻礙了對其成膜過程的深入研究。其結晶過程中相演化的微觀機制尚未明确定義。這種信息的缺乏阻礙了 FAPbI3 鈣钛礦高效吸收劑的膜處理方法的更合理和有針對性的設計的發展，特别是針對不同的膜處理方案，如一步和兩步膜沉積方案以及小和大面積裝置。在一種加工場景中促進黑相 FAPbI3 形成的策略在其他情況下通常會失敗。
該研究觀察到一種定向成核機制，這種機制源于特定晶體平面表面能的降低，這使人們能夠避免 FAPbI3 的黃相，并控制黑相 FAPbI3 的形成。該研究驗證了不同薄膜沉積方法的機理，發現它可以應用于提高小面積器件和太陽能組件的性能。
室溫下黑相 FAPbI3 的直接形成及其驅動力（圖源自 Nature ）
在鈣钛礦薄膜的兩步沉積方案中，PbI2 和有機滷化物前體依次沉積，在室溫下總是觀察到中間非光活性相。沉積的鈣钛礦薄膜在室溫下的 X 射線衍射 ( XRD ) 。黑色相的衍射峰對應于 ( 100 ) 面，并伴有六角形鈣钛礦多型 2H 和 6H 中間相的衍射峰。在有機陽離子前驅體中加入鹽酸戊脒 ( PAD ) ，消除了中間相。利用密度泛函理論計算和傅裡葉變換紅外光譜 ( FTIR ) 研究了 PAD 如何與 Pb-I 框架相互作用。PAD 帶正電的偕胺頭能夠通過靜電和氫鍵相互作用錨定在黑相鈣钛礦的八面體腔中。與 PbI2 混合後，在 PAD 的 FTIR 光譜中可以看到 C=N 和 N-H 振動的峰移，證實了 PAD 與 Pb-I 框架通過酰胺單元之間的強相互作用。這種相互作用暴露了 PAD 的疏水烷基鏈，使其有序地堆疊在黑相鈣钛礦 ( 100 ) 平面上。結果表明，與其他平面相比，當平面被 PAD 終止時，鈣钛礦 ( 100 ) 平面的表面能下降最多 ( 從 3.16 eV 下降到 1.14 eV，下降了 64% ) 。
二維鈣钛礦相的形成證實了這種相互作用的構型，用 XRD 對用 PAD 制備的鈣钛礦膜進行了表征。鈣钛礦相的尺寸減小證明了 ( 100 ) 平面的表面能極低。這種熱力學驅動力導致黑相鈣钛礦的 ( 100 ) 取向優先形成，決定了黑相鈣钛礦的結晶織構，促進了黑相鈣钛礦晶體的形成。相比之下，沒有 PAD 的相變過程能量分布相對均勻，導致多個相和取向并存。
王睿，西湖大學工學院助理教授，獨立 PI，1993 年生，遼寧錦州人，2015 年獲吉林大學工學學士學位，2016 年獲加州大學伯克利分校碩士學位。2016.9-2019.12 就讀于加州大學洛杉矶分校，師從 Yang Yang 教授，獲博士學位。随後在加州大學洛杉矶分校繼續博士後研究工作。
2021 年 4 月全職加入西湖大學工學院。曾入選福布斯中國及亞太 30 歲以下 30 人，以及麻省理工科技評論全球科技創新 35 人等。王睿博士長期從事第三代太陽能電池的研究工作，曾以第一作者身份在Nature，Science ( 2 篇 ) ，Nature Photonics, Advanced Materials，JACS，Matter，Nano Letters 等旗艦雜志發表論文 23 篇，研究成果被包括科學美國人，福布斯等多家知名媒體報道。
課題組主要研究方向 : （1）鈣钛礦光電器件的制備與表征：包括太陽能電池（單節，疊層），發光二極管，以及光電探測器等（2）鈣钛礦材料的穩定性和缺陷态的機理研究（3）尋找新型有機無機雜化光伏材料（4）其他光伏電池研究。
薛晶晶，浙江大學材料科學與工程學院、矽材料國家重點實驗室 " 百人計劃 " 研究員、博士生導師。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）。
2016 年 9 月于南京大學化學化工學院取得學士學位，2020 年 5 月于加州大學洛杉矶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網域國際著名學者 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，博士畢業後在加州大學洛杉矶分校繼續博士後研究工作。于2021 年全職加入浙江大學材料科學與工程學院。目前主要從事金屬滷化物鈣钛礦光電材料與器件研究。
先後共發表 SCI 論文 40 餘篇，其中以第一或通訊作者在Science ( 2 篇 ) 、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。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06208-z
