华理杨双教授：做新型光伏研究领跑者
第八届
华东理工大学青年英才校长奖
特等奖获得者
材料科学与工程学院杨双教授
从科研的“门外汉”
到优秀的青年科研工作者
再到获得
学校青年英才校长奖特等奖
材料学院杨双教授
在十余年的科研生涯中
凭借求知的热情
逐步发掘自己的潜力
而过去的学习和科研经历
又成为弥足珍贵的教学蓝本
他正在以自己的方式
在科研探索与立德树人的道路上
稳步向前!
立足能源危机
寻求破题之道
能源问题、气候危机，这几个简单又沉重的字是人类科技与社会发展历程中无法避免的挑战。半导体的光生伏特效应可以实现太阳能到电能的转换，基于此的光伏技术可推动“零碳”绿电供给，是解决能源安全、环境污染等问题的理想途径之一。目前的商业化晶硅光伏技术受材料、工艺等限制，其成本高昂且光电转换效率已接近理论上限。相比之下，新型的钙钛矿光伏电池效率接近晶硅光伏电池，且价格低廉、可液相制备，有望将光伏成本降低至目前的1/3。因此，发展钙钛矿光伏电池有望提高我国在能源领域的话语权。
深耕于新型光伏这一领域，杨双不是追随者，而是领跑者。
在华东理工大学提前攻读博士学位期间，对科研极富热情的他加入了杨化桂教授课题组。一开始，他的研究方向集中于染料敏化电池。2013年，在第五届中国国际纳米科学技术会议（CHINANANO）上，杨双发表了相关研究进展的口头报告。无巧不成书，染料敏化电池的开创者——Michael Grätzel教授也出席了会议，并对杨双的报告给予赞扬。这次弥足珍贵的经历更加坚定了杨双对科研的求索之心。
自上世纪90年代起，染料敏化电池已经在高速发展的道路上“飞驰”了20余年时间，逐渐放慢的研究进展没有办法满足杨双实现“从0到1”突破的追求。当时还不成熟的钙钛矿光伏研究方向，就成为了杨双的“试验田”。事实证明，这是一次正确的抉择。钙钛矿结构电池以极低的成本获取超出染料敏化电池的光电转化效率，并且这个数值每隔一段时间都在被高速刷新。
然而，钙钛矿稳定性差，在水、氧、光、热、辐射等刺激下易分解，这是该技术发展的“卡脖子”难题。
无论理论上的光电转化率有多高，钙钛矿电池的稳定性问题始终是大面积推广的一大难题。为了让低成本清洁能源的春风拂遍寻常百姓家，杨双开展了“分解机制-界面调控-器件应用”的系统研究，以提升器件在空气环境、工作环境和特殊环境下的稳定性。在这一领域里，杨双提出分子功能化半导体异质结新概念，发展了一套理论设计及精准调控功能化表面的通用方法，赋予材料独特的疏水、载流子离域等新奇特性，突破了光伏材料的空气环境稳定性瓶颈；建立具有普适性的光电器件结构设计及界面钝化新方法，率先提出含氧酸盐原位自发钝化层设计思路，研制出一系列高性能、稳定的钝化层材料，构筑出高温/光照条件下工作寿命近万小时的钙钛矿光伏器件。
与国家重大需求结合，将科研创新落实到实际应用，这是杨双从事科研工作以来一直谨记的初心。目前，他研发的部分钙钛矿光伏器件的钝化工艺专利已授权转让，并被多个能源公司予以试用，获得了良好的效果。此外，他还积极发展大面积的材料钝化与组装新技术，提升产业化钙钛矿器件的稳定性。
漫漫求学路
科研从懵懂到成熟
科研道路上最重要的影响因素是什么？杨双给出的回答是“导师很重要”。刚进入华理读研时，杨双坦言自己对科研约等于一窍不通的“门外汉”。而进入杨化桂教授课题组的初衷也很纯粹——“想找一个科研能力强的导师”。正如杨双当时所希望的那样，杨化桂教授在他的科研之路成长中起到了至关重要的作用。
杨化桂教授是一位待科研如孩子般纯粹的科研工作者，对学生的高标准严要求和以身作则，起到了作为导师和榜样的表率作用。让杨双印象深刻的是，杨化桂教授时常与学生提及“科研品味”的问题。在杨双看来，对一个科研方向在进行自我评估后，认为有前景并且努力实现从无到有的突破就是一种高科研品味的体现，而单纯为了发论文和成果指标敷衍了事便是一种低的科研品味。
博士毕业后，杨双先后在新加坡南洋理工大学和美国内布拉斯加大学林肯分校从事博士后研究。这两段经历，也让杨双在钙钛矿研究上“静下来，钻进去”。
刚到美国内布拉斯加大学林肯分校进行博士后研究时，实验室的资源相对紧张。“可能10个人用1台手套箱”，他不得不昼夜颠倒，排班在凌晨，4点就摸黑到实验室做实验，而这一切持续了两三个月，直到实验室引进新设备才结束。在钙钛矿领域，杨双是作为开拓者的身份探寻未知的原野，在大家专注于光电转化效率的时候，他已经将眼光投向稳定性问题；而当水氧稳定性成为热点，光稳定性又映入了杨双的眼帘。他不甘于做陪跑者，求知的热情和科研的天分让他积极地领跑在赛道前列。
如今，杨双已成长为一位优秀的青年科研工作者，主持了国家自然科学基金、上海市“基础研究特区”项目、上海市自然科学基金、江苏省基础研究计划、企业委托项目等多个研究课题，入选国家优秀青年基金、“上海科技青年35人引领计划”等，以第一或通讯作者在Science、Nat. Energy、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际知名期刊发表论文50余篇，包括ESI高被引论文9篇，ESI热文4篇，封面论文11篇，被引用7000余次。
因材施教
做好学生的引路人
不求桃李满天下，但求育人以成才。在杨双看来，班导师和博士生导师的双重身份内核有相似之处，那就是因材施教。无论在什么时候，学生本身的特质是最重要的。
杨双积极投身本科教学第一线，对学生因材施教，循循善诱，主讲、参讲了“光电材料与器件”“新能源材料与器件概论”“电催化材料与器件”等课程。在教学中，杨双非常重视基础知识的深入探索与前沿发展的融会贯通，时常在课堂中讲解领域内最新理论理解与技术进展，并介绍这些科研突破与经典理论之间的联系。但杨双并不一味地鼓励本科生将来从事科研，他认为“科研的经历是必要的”，但“科研不是每个人的唯一出路”。他鼓励本科生参加“大创”，引导学生善于思考、勇于创新，启发他们在科研道路上勇敢地迈出第一步。
而对于研究生的培养，杨双认为这与做科研一样，都是一个循序渐进的过程，要耐得住“生根发芽”的积累过程，才能最终等到“开花结果”的收获时刻。因此，对学生要坚持“传道、授业、解惑”的精神，保证每周至少一次的面对面指导，关注每一位学生在科研与心理双方面的成长，在课题研究上既给予建议，又留有充足的思考与创新空间。针对学生的不同特点，他会采取不同的引导方式。例如，对刚进组的学生，他更多地给予鼓励和科研上的帮助，以树立科研信心为主，不会为他们设定硬性的阶段性科研指标；而对高年级研究生，他又会寄予更多期盼，对学生的科研进度会有督促和要求。
相较于国外导师的“放养政策”，杨双认为国内科研环境下的导师对于学生更负责，这种帮带制度在很大程度上给予了学生触手可及的便利，而他也乐意尽心尽责地辅导学生的科研和生活。
杨双鼓励学生们争取更高的个人发展，为他们前往国内外高水平学校交流、深造提供平台与机会。截至目前，杨双指导研究生共10余人，多人入选或获得张江树优博培育计划、研究生国家奖学金、上海市优秀毕业生等荣誉奖励，其中，不少同学前往海内外名校交流学习。
从学生到导师，杨双用自己的脚步丈量科研世界，践行自己心中导师应当具备的关爱与品格，将对科研的热情言传身教地传承给学生。
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