WILEY 人物访谈——华东师范大学保秦烨教授

“生命不息,运动不止;科研不已,创新不停”。

从古至今,人类的生活水平越来越好,离不开这些前赴后继、敢想敢干的科学家们,他们站在认知的边缘,敢于创新,敢于走向未知,推动了全人类的发展与进步。本周的Wiley人物访谈,我们介绍一位优秀的青年科学家——保秦烨教授。保老师是一位非常有活力,有创新精神的科研工作者,非常重视“from 0 to 1”的创新性研究,更是“吃辣椒吃出一篇Joule”。

人物简介

保秦烨,华东师范大学物理与电子科学学院,教授,博导。博士毕业于瑞典林雪平大学表面物理实验室,2015-2016年曾担任林雪平大学助理教授。主要从事利用光电子能谱(紫外光电子能谱UPS/反向光电子能谱IPES/X射线光电子能谱XPS)与同步辐射X射线吸收谱XAS等表面手段研究软物质半导体(包括有机半导体、钙钛矿半导体)界面电子结构与器件光电转换特性之间的构效关系。在JouleAdv. Mater.Nature Commun.Adv. Energy Mater.Adv. Funct. Mater.等国际杂志发表论文80余篇,研究成果被英国“泰晤士报”、“德国公共广播电台”、“美国光学学会”、“AAAS美国科学促进会”、“NewScientist”科学杂志、“中国科学报”等报道。曾获教育部自然科学二等奖、上海市青年科技启明星、国家海外优秀自费留学生奖等荣誉,目前担任半导体学报Journal of Semiconductor、SmartMat等学术期刊青年编委。

初谈钙钛矿

MVC:能否请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作呢?您对哪些研究方向比较感兴趣呢?

保秦烨(下称BQY):我课题组致力于通过配备有超高真空原位薄膜生长和检测装置的光电子能谱同步辐射技术研究有机半导体、钙钛矿半导体界面物理化学特性,包括界面形成机理、界面电子结构与光电特性调控,为构筑高效稳定的光电器件提供微观判据和模型。

MVC:在太阳能电池领域中,钙钛矿材料具有较高的功率转换效率,吸引了非常多的研究兴趣,但是较差的稳定性限制了其实际应用,目前有哪些方法可以提高其稳定性呢?

BQY钙钛矿半导体容易被水、氧、热等环境氧化或分解破坏,导致光电性能快速衰减,严重制约钙钛矿光伏电池稳定性。目前提升其稳定性的方法主要有钝化缺陷提升钙钛矿薄膜品质,少量掺杂调控钙钛矿晶体结构,组分工程(如无机钙钛矿、双钙钛矿与二维钙钛矿具备优异稳定性),界面工程优化电荷传输层,改善封装工艺等。

MVC:前有加州大学洛杉矶分校杨阳教授(西湖大学)及其合作者喝咖啡喝出一篇Science”,时隔一年,您和合作者又吃辣椒吃出一篇Joule”,您是如何想到辣椒素可能会对钙钛矿理化性质产生质的改变呢?

BQY一方面,我们课题组在研究软物质半导体器件界面电子结构特性方面积累了一些经验。希望通过添加剂改变钙钛矿半导体表面电子结构,与电荷传输层实现匹配的界面电子结构,从而减少器件能量损失。另一方面,我们一直在寻找使用绿色、可持续的基于森林系生物添加剂技术,并与无毒无铅钙钛矿半导体结合,最终实现完全绿色的钙钛矿电子器件。通过综合考虑辣椒素化合物的电学、化学、光学和稳定性等性质,我们初步认为它可能是一个很有效的添加剂,并取得了不错的效果。

最终实验结果发现,使用辣椒素后,钙钛矿半导体的表面电子结构经历了从原先的P型到N型的完全转变,霍尔效应测量进一步证实了这一新的现象。这种转变源于钙钛矿半导体表面区域自发形成的P-N同质结,同时证实了该同质结结构位于薄膜表面以下大约100 nm处。钙钛矿半导体表面电子结构的转变与顶部电子传输层(N型)更加匹配,促进了界面电荷传输,减少了器件界面处电荷非辐射复合损失(Joule ,2021, 5, 467)。

科研历程

MVC:在您的众多优秀成果中,哪些工作是您最喜欢或者最值得骄傲的呢?

BQY我们在界面电子结构研究的基础上,发现了界面极化态充当陷阱俘获电荷的现象,创新性地通过匹配给体/受体界面的极化态能量,开拓了极化态调控光电压损失的新途径;近期,我们进一步把界面极化态调控策略应用到三元(ternary)有机光伏电池的复杂界面体系,优化界面精细电子结构,提升界面电荷输运性能,实现了填充因子为81.3%的有机光伏电池,接近硅光伏电池,这是当时文献报道的三元有机光伏器件的最高值,该工作发表在Adv. Mater. 2020, 32, 2002344上。

MVC:请问在您的科研生涯中,哪些事情或者哪些人对您产生过重要影响呢?

BQY十年前,我有幸被博士生导师Mats Fahlman教授选中,到瑞典林雪平大学物理系、瑞典同步辐射国家实验室MAXLAB等地方学习和工作,研究组非常强调0”到“1”的研究,与一群优秀有天赋有活力的师长、同事讨论,不时出现新idea,激励着我不断努力前行。

MVC: 您在科研历程中遇到过的最大困难是什么?您是如何克服这些困难的呢?您认为这些困难对您的成长有怎样的影响?

BQY2016年回国组建实验室,开始独立科研工作时,实验设备与学生都很紧缺。我得到了苏州大学唐建新教授等团队的实验条件支持,度过了那段困难时期,并取得了很好的成果。

箴言赠语

MVC:您的团队在招收研究生时,哪些能力、品质、性格是您所更为看重的呢?

BQY诚信、浓厚兴趣、勤奋、耐得住寂寞,对研究生学习至关重要。我的第一个博士生杨坚铭同学2020年毕业,博士学习期间在Adv. Energy Mater.等杂志上以第一作者发表论文9篇,其中封面论文4篇,另有合作论文14篇,共计23篇;2次获国家奖学金、校长奖学金、宝钢优秀学生奖、上海市优秀毕业生等荣誉。

MVC:作为一名优秀的青年科研工作者,您对莘莘学子们有什么建议吗?

BQY我建议莘莘学子们注重学科交叉,多思考,多合作,进行独辟蹊径或原创性的课题,提高工作质量,在某一领域内,做出自己的特色。