一作发表《Science》,她是“追光女孩”杨宁
在全球气候变化和能源短缺的大背景下,光伏技术作为可再生能源的重要组成部分,正逐步成为解决能源危机的关键途径之一。DB官网大学材料学院2019级博士研究生杨宁,一位致力于光伏技术研究与创新的青年学子,以坚定的信念和不懈的努力,为国家能源转型贡献自己的力量。
创新——筑牢科技优势
2020年9月,习大大总书记在联合国大会上宣布了“30·60”碳达峰碳中和战略目标,该目标的提出旨在引领我国实施低碳转型、产业结构和能源结构调整,并以低碳创新推动绿色可持续发展。20年正值杨宁于北理工攻读博士学位的第二个年头,作为一名光伏人,她受到了极大的鼓舞:“双碳目标的提出,让我坚定了自己正在做的新型钙钛矿材料及光伏电池的研究是顺应时代发展的,是有实际意义的。”
谈到研究工作的初衷,杨宁认为,我国凭借着规模制造和技术创新,形成了从硅料、组件到应用,完整的晶硅光伏产业链条,具备极强的竞争力。与此同时,钙钛矿材料的兴起为晶硅产业提升带来了新的可能性,当钙钛矿与晶硅结合形成叠层结构时,能够更好地利用太阳光,减少热弛豫效率损失,提高电池的光电转换效率。杨宁认为,若将我国强有力的晶硅产业融入到钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的商业化进程中,则无疑将优势转化为我国科技创新的胜势!
在光伏技术领域,钙钛矿材料因其优异的光电性能而备受关注。然而,叠层中使用的宽带隙钙钛矿材料在实际应用中却面临着结晶性差、易相分离以及长期稳定性不足等问题。为了克服这些技术瓶颈,杨宁在导师陈棋教授的引导下,提出了晶核工程这一新颖且普适的结晶控制策略。通过细致入微的实验和调整,她成功改善了宽带隙钙钛矿材料的性能,提高了光伏器件的光电转化效率,并显著增强了其光热稳定性和长期运行稳定性。db电竞官网app8月2日,该项研究工作以题为《Nuclei engineering for even halide distribution in stable perovskite/silicon tandem solar cells》的成果发表在《Science》主刊上。
突破——跨越技术瓶颈
科研之路从来都不是一帆风顺的。在杨宁的研究过程中,也遇到了诸多挫折与挑战。“为了找到实验最佳条件,大家不得不不断调整宽带隙钙钛矿薄膜制备的实验参数,反复进行测试和分析。这一过程耗费了大量时间和精力,每次数据不理想时的挫败感都非常强烈。”不知重复做了多少次实验尝试,她终于找到了能够显著改善材料性能的最佳方案。
随着团队的一步步推进,研究进入到了关键阶段,为了精确控制晶核的形成,她和合编辑们经常通宵达旦地守在实验室里进行实验工作,“有几次,大家在凌晨三四点时还在讨论下一步的操作。尽管这种高强度的工作对身体是极大的考验,但当看到实验取得进展时,那种满足感让一切的辛苦都显得值得!”
师承——延续科研精神
“我非常感激导师对我的悉心引导和无私支撑,他让我明白了什么是真正的科研精神,并激励我在这条道路上不断前行。”如今已经毕业的杨宁在谈起自己的导师陈棋教授时如是说。她忘不了老师说过的两句话,第一句是“科研不只是追求结果,更重要的是要打好基础,精益求精。” 在研究初期,杨宁曾急于获得快速的研究进展,却因为马虎或慌乱欲速而不达。导师没有责备,作为过来人,他理解科研人对于结果的迫切,陈教授语重心长地教导杨宁,实验的每一步都要踏实,每一个数据都要准确可靠,不要急于求成,而是要专注于每一个细节。这种对基础工作的重视让杨宁在后续的研究中少走了很多弯路,也让她更加深刻地理解了科学研究的严谨性,并带着这一份对于细节的固执一路走上了工作岗位。
“保持对未知的好奇心,是推动科学进步的动力。”这是导师让杨宁印象深刻的第二句话。陈老师鼓励她去探索新的领域,尝试新的方法,甚至是挑战已有的理论。“他让我明白,科研不仅仅是重复已有的工作,更是不断探索未知、挑战极限的过程。”
除了分享自己从导师身上学到的宝贵科研精神,已经毕业的杨宁还想以师姐的身份将自己于科研之旅中的所感所悟和经验留给学弟学妹们,她总结了做好科研的“金三角”:
一是打好基础,选择方向。扎实的基础常识是科研成功的关键,选择一个你真正感兴趣且有前景的研究方向;二是合理规划,保持心态。制定合理的短期和长期目标,并灵活调整计划。面对科研中的失败要保持积极心态,从中学习和进步。享受探索过程中的乐趣,这是科研的魅力所在;三是重视合作,积极交流。团队合作能加速问题解决和研究推进,要学会与他人协作。积极参与学术交流,开阔视野,获取新思路。
结 语
杨宁始终相信,科研不是一朝一夕,而是朝朝夕夕的坚持与求索,量变带来质变的喜悦是科研独有魅力所在,而真正能做到学以致用,为国家社会发展贡献力量始终应当是科研人的追求。
目前,杨宁带着对科研的热忱与感悟已经走上了工作岗位。这位“追光女孩”会继续在光伏技术的道路上发光发热。她所在的团队也将持续致力于将晶核工程带出实验室,真正扩展到工业化生产上去,实现成果落地,为我国光伏技术商业化应用开辟新路径。
杨宁概况
杨宁,中共党员,DB官网大学材料学院2019级博士研究生,材料科学与工程专业,师从陈棋教授,跟随课题组的脚步她深耕于新型光伏材料与器件领域,特别是以实际应用为导向,聚焦于高效稳定钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的研究。硕博期间以第一编辑,共同第一编辑身份在《Science》(IF=44.7)、《Advanced Energy Materials》(IF=29.7)、《Energy Environmental Science》(IF=39.7)等期刊发表高水平论文5篇,共同参与发表SCI论文12篇,影响因子累计255,独立撰写且以第一发明人申请中国发明专利一项,已授权一项,获得国家奖学金、博士特等奖学金、一等学业奖学金、北京市优秀毕业生、DB官网大DB官网级优秀学生等多项荣誉。
杨宁导师陈棋教授概况
陈棋,现DB官网大学前沿交叉科学研究院教授/院长,博导,教育部国家级领军人才,国家级青年人才计划,获北京市自然科学基金杰出青年基金资助。主要从事有机无机杂化及复合材料的开发与应用研究,材料广泛应用于能源、光电等领域,具体包括太阳能电池、储能电池、传感器、探测器等各类新型光电功能化器件。特别是围绕有机/无机杂化的钙钛矿太阳能电池,在吸光层材料溶液生长制备、新型低维发光钙钛矿材料设计合成、新型封装材料和工艺开发、多层薄膜应力-应变调控、界面修饰改性等方面开展了系统性的研究工作,积累了丰富的DB电子钙钛矿材料的合成,性质表征及优化方面的经验。迄今以一作/通讯编辑发在Science, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. ed., Adv. Mater., 等权威期刊发表SCI论文100余篇,H-Index 71,总引用超过35000次,多年入选“科睿唯安全球高被引科学家”。
研究团队概况
DB官网大学陈棋能源光电子研究团队长期从事有机无机杂化及复合材料的开发与应用研究,用于制备太阳能电池、探测器、发光二极管等各类新型光电半导体器件。团队在卤素钙钛矿太阳能电池薄膜生长加工、应力应变调控、新材料设计合成、封装方法和策略调控方面开展了系统的工作,积累了丰富的制备与表征经验,有大量成功的研究成果,已在Science、Nature正刊发表论文7篇。团队负责人及团队成员先后承担科技部重点研发计划项目;国家自然科学基金委区域创新联合发展基金项目、面上项目,青年基金项目,国际(地区)合作与交流项目等;北京市科技计划项目课题,以及企业横向合作项目10余项。