• 她是钙钛矿太阳能电池发明者 也是学生们心中的“小太阳”

    2019-04-01 15:32:28 来源: 中国科技网-科技日报 作者: 王迎霞 胡 彧

    周欢萍在实验室

    “挺开心的,但很快就归于平静了。”周欢萍抬了抬眉毛笑着说。说话时柔声细语,笑起来眉眼弯弯,这位北京大学工学院材料科学与工程系特聘研究员身上有种与生俱来的亲和力,身上似乎散发着温暖的光。

    让周欢萍开心的是,近日她的课题组与中国科学院院士严纯华课题组的研究成果在线发表于国际期刊《科学》主刊上。两个课题组合作提出一种新机制,即在钙钛矿活性层中引入具有氧化还原活性的Eu3+、Eu2+离子对,从而大大提升了电池的长期稳定性。

    而她的才华早在去年就已经显露。《麻省理工科技评论》每年在全球范围内遴选35名35岁以下科技创新青年,在2017年度公布的榜单上,周欢萍成为上榜的6位华人之一,她因在钙钛矿太阳能电池研究领域取得的成果获此殊荣。

    “科研带给我无穷的乐趣,我很喜欢在科研中成长,不断探索新事物。”这位湖南妹子说,做科研不仅能令自己愉悦,而且能对社会发展有意义,没什么比这更让她开心的了。

    年少在煤油灯下学习,催生光明梦想

    北京大学王克桢楼,周欢萍的办公室在此楼10层。她办公室窗外是中关村北四环车水马龙的十字路口,一个无数人寻梦的地方。

    周欢萍的办公室地方本不算小,但在摆放了两张并到一起的小课桌和一排桌椅后,空间显得就有些局促了。她说,这样便于和学生讨论问题。“跟我小时候和兄弟姐妹挤在一盏煤油灯下学习相比,现在的学生可幸福多了。”她说。

    “我小时候,家中有一位在北京工作的长辈。每次回老家这位长辈都会跟晚辈们讲讲外面的世界。”周欢萍回忆道。

    长辈的榜样力量是无穷的。走出家乡,去到一个更大的地方,这个信念在周欢萍的心里扎了根。

    多年后,周欢萍考入北京大学化学与分子工程学院攻读博士学位,师从严纯华从事“稀土纳米材料的可控合成、自组装及表面功能化”方面的研究。

    2010年博士毕业,周欢萍选择继续到国外求学,前往美国加州大学洛杉矶分校开展博士后研究工作。经历短暂的适应期后,她大胆更换了研究方向,跟随业内闻名的材料科学家杨阳教授开始新型太阳能电池方面的研发工作。

    “我特别希望,我的努力能为清洁能源的普及作一点贡献。到那时,无论世界上哪个角落的孩子,都可以在明亮的灯光下安静地读书,不像我小时候只能在一盏昏暗的煤油灯下学习。”周欢萍说。

    太阳能是清洁能源的代表,目前普遍使用的太阳能电池板,90%以上都基于晶体硅材料。然而受材料、工艺、器件结构等多方面的限制,晶硅光伏电池的光电转换效率已接近理论上限,成本也难以进一步下降。

    钙钛矿作为一种新型太阳能电池材料,比传统的晶体硅材料便宜、更易加工,而发电效率与晶体硅材料相当,未来市场前景广阔。因此,开发兼顾成本和效率优势的新型钙钛矿太阳能电池,成了材料学界近年来研究的热点。

    但该类电池最大的问题在于,由于钙钛矿材料本身稳定性差,致使太阳能电池器件寿命较短,从而在商业应用中受到很大限制。这也是诸多同行期望攻克的难题。

    那个有关光明的梦,一直在向周欢萍招手。她下决心啃下这块“硬骨头”,研制出新型钙钛矿太阳能电池。

    巧用稀土离子,攻克“卡脖子”难题

    2015年7月,周欢萍结束了在美国的研究工作,选择回到母校北京大学任教。

    入职后,在学校的支持下,周欢萍很快牵头成立了课题组。为解决钙钛矿材料在光照及加热等条件下的易分解问题,她带着课题组十多名学生走上了漫漫求索路。

    如何才能增强钙钛矿自身的稳定性呢?

    在一次试验中,周欢萍大胆决定将稀土离子引入钙钛矿活性层。

    “在传统氧化物钙钛矿中,引入少量稀土离子,便能稳定钙钛矿的结构。”周欢萍说,那时他们选用卤素钙钛矿作为试验材料,将稀土离子引入其中。“这些稀土离子起到了催化剂的作用,提升了钙钛矿稳定性,从而为延长太阳能电池寿命提供了可能。”

    “其实,这就是化学里的一个氧化还原过程,但又跟普通的氧化还原过程不太一样。如今想来,其实很简单,或许这就是所谓的大道至简吧。”回忆起当年解决这个“卡脖子”难题的情景,周欢萍的语气显得十分轻松。

    但其实,攻关那段时间周欢萍并不容易。作为课题组负责人,周欢萍承担了许多管理事务。

    她虽没和大家一起冲在试验一线,但她每天要承担大量沟通工作并反复提醒大家试验注意事项。有时为从第三方得到一个认证反馈,她不得不半夜起身查收邮件,生怕错过对方的信息。

    “如果我自己都不能奋进向上,还怎么带团队呢?”她这样说。

    循循善诱解心结,成学生的“大姐姐”

    “回首自己的成长之路,成绩的取得离不开几位恩师的帮助。”周欢萍说。

    就像当年勇敢跨界到钙钛矿太阳能电池领域,周欢萍觉得,之所以能完成那次华丽转身,除了内心的信念外,更离不开杨阳教授对她的鼓舞。而之所以她能想到将稀土离子引入钙钛矿材料,也有赖于自己的博士生导师严纯华教授的严厉教导,为她打下了扎实的研究基础。

    “我希望,自己也能成为这样的老师。”周欢萍说。

    但管理课题组、带学生,不是件易事。“课题组以80后、90后的年轻人为主,甚至还有95后。敢于创新、勇于突破是年轻人的优点,但缺点也很突出——比较容易浮躁。”这也是作为导师的周欢萍在研究进入到攻坚阶段最担心的问题。

    曾有一名学生找到周欢萍,跟她抱怨道:反复记录数据,没日没夜地守在仪器前等结果……但这些努力换来的却是接二连三的失败,试验到底要重复到什么时候?

    “接连的失败,让这位学生对试验工作的意义产生了怀疑。”周欢萍说,这样的情景出现过不止一次,这样的学生也不是少数。

    周欢萍能够理解学生的困惑,然而在冰冷的试验结果面前,所有的安慰都显得很无力。可她能做的也只有反复地对学生说:“你可以的,再往前走一走,就能看到光了。”

    春风化雨。周欢萍的耐心与温暖,抚慰了一颗颗年轻而脆弱的心。她也成了90后学生的“大姐姐”,是他们心中自带光芒的“小太阳”。

    “无论试验进行得怎样,我都尽力保持乐观心态,激励成员们不断挑战自我。我相信,拨云见日的那一天不会太远。”周欢萍说。

    在周欢萍看来,一个优秀的科研工作者不仅要具备科研“硬实力”,还要具备抗挫、抗压等“软实力”。“我希望引导学生跳出暂时失败的表象,感受试验的过程,培育他们的科学鉴赏力和钻研精神。”周欢萍说。

    谈及接下来的计划,周欢萍说,除了科研工作,她还会将一部分精力放在钙钛矿太阳能电池的产业化上。她希望,团队的研究成果可以服务于社会,让更多人享受到清洁能源的便利。“一个人的努力远远不够,这是一个大工程,需要凝聚更多力量。”她说。

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    责任编辑:符雪苑
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