新材料「设计师」:打造更先进的太阳能电池

9-12-2024
周圆圆教授是材料科学专家,现正带领研究团队开发高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

周圆圆教授是材料科学专家,现正带领研究团队开发高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池是一种可通过溶液制备的薄膜光伏技术,以实现高度轻量化。

钙钛矿太阳能电池是一种可通过溶液制备的薄膜光伏技术,以实现高度轻量化。

不少人常会选择逗留在自己熟悉的专业领域内发展,即使已经取得显著成就,也未必敢于冲出舒适圈。然而,周圆圆教授拒绝固步自封,为拓展他的研究领域永不停息,更不畏困难,积极推动新型太阳能技术走向商业化。

周教授通过「30周年策略招聘计划」加入科大,现为化学及生物工程学系副教授。他在亲自设计的新实验室中,带领研究团队研发崭新材料,期望可逐步将可持续能源融入日常生活。

在周教授实验室内,研究人员正忙于操作不同精密仪器,全神贯注地研究和仔细分析一种名为「钙钛矿」的先进材料。这种新材料可用于制造如纸般轻薄的薄膜太阳能电池,其生产成本较现时市场常用的硅电池更低,更有潜质展现更高的能量转换效率。

周教授解释:「制造硅电池的实际工艺成本依然高昂且工序繁复,而钙钛矿太阳能电池作为一种薄膜光伏技术,能通过极低成本的溶液涂层技术制备,拥有庞大商机。」

 

Perovskite solar cells can be made into thin films using solution coating techniques. This photo demonstrates the solution formation of perovskite materials.
现时可利用低成本的溶液涂层技术,制成钙钛矿太阳能电池。图为钙钛矿薄膜的溶液形成过程。

 

周教授致力钻研材料科学,一直游走于跨学科领域,其团队有逾10位专注不同研究范畴且富有创造力的年轻成员,朝着研发创意作品的目标而努力,以期改善人们的生活。周教授表示:「除了研制太阳能电池,我们亦正探索钙钛矿及其衍生材料在更多应用领域的潜力,例如为可穿戴生物医学装置供应能源,以及推进低辐射剂量医疗影像技术等,从而支持科大在医学领域的发展。」

过去数月,周教授的研究团队已经屡获突破,成功提升钙钛矿的稳定性以及其器件的耐用性,克服了现实生活中应用此材料的一些主要障碍。他表示:「我们希望善用科大蓬勃的科创文化以及产业和学术界网络,最终将科研成果商品化,让大家能更有效地应用太阳能,为各行各业注入新动能。」

 

Prof. Zhou is leading a team of more than 10 creative young researchers and he always motivates them to keep thinking from the third-party’s perspective.
周教授目前带领逾10位富有创造力的年轻研究员,并经常鼓励他们从独立第三方角度思考。

 

设计先进实验室    以提升科研水平

周教授的实验室是他在科大的创新建设成果之一,他悉心设计每处角落,并引进尖端科研器材,以提升研究水平。实验室以研发先进半导体材料为己任,促进可持续能源的发展,从而推进大学于「材料科学及未来能源」方面的重点研究。

周教授认为材料研究要与时俱进,他勇于颠覆传统研究方法,并在2024年11月引入「机器材料(M²)科学家」。「M² 科学家」是香港首个基于机械臂的人工智能自驱动材料研发平台,可实现高度自动化的材料合成与表征,不仅能够大幅度提升材料研究工作的效率,更有望发展出材料研究新范式。周教授指:「我们的实验室设计融入人工智能等先进科技,能更快的推进材料与器件方面的创新。科大在人工智能领域的发展属全球首屈一指,这为我们不断升级实验室提供强大基础。我们的长远想法是,这位M² 科学家未来可成为我们最有能力的团队成员之一,能自主开展材料合成并研究性质,然后通过思考来改变合成配方,从而获得更优质的材料。」

同时,他特别感谢科大对新任教员的鼎力支持,并指:「在教员开展新项目时,大学乐于提供全面支持,让我们得以灵活地朝着不同方向,追求卓越学术成果。这里的同事亦就实验室的设计及法定要求等方面,给予了宝贵意见,并尽全力避免影响科研进程。」

 

The M² scientist, a robotic arm-based AI platform for self-driving materials exploration, is picking up a glass substrate and is going to make a thin film.
机器材料(M²)科学家是基于机械臂的人工智能自驱动材料研发平台。图中,她正拿起一块玻璃基片,准备以溶液涂层法制备半导体薄膜。

 

永不停止思考

周教授怀着一腔热忱,追求创新研发,皆因材料科学可为人类生活带来重大变革,改善生活品质。然而,要踏上这条科研路并非易事,很多研究新生初涉这门跨学科领域时,看着眼前浩瀚的未知领域也会茫无头绪,不知从何决定研究方向。

周教授的脑海中仍深印着当年修读博士学位的科研经历,他花了超过一年时间,费煞思量,才确认了研究课题。这段刻骨铭心的经历更让他培养出不断思考的习惯,他说:「很多科学家在研究路上也常会体验到这种痛苦,唯一出路就是要不断思考。」

因此,周教授在指导学生时,并不急于为学生拨开迷雾,反而是让他们在困惑中锻炼自己。他笑道:「我经常鼓励学生保持思考,要懂得从第三方的角度去反思自己的价值和独特之处。大家有时会在最意想不到的时刻灵机一动,获得创新意念,我最近便在清早醒来时忽发奇想,领悟出一个与众不同的研究课题!」

 

Prof. Zhou completed his PhD at Brown University in the United States, where he nurtured a habit of ceaseless thinking.
周教授在美国布朗大学取得博士学位,并从中培养出不断思考的习惯。

 

校园,是第二个家

来香港之前,周教授在美国布朗大学取得材料科学与工程博士学位,随后担任助理研究教授,展开职业生涯。他甫进科大,便深受校园的宁静氛围和自然景致所吸引,如此静谧的校园尤其适合热爱思考的他。

周教授现居于校内的高级教职员宿舍,日常乐于在家用膳,及后便悠然地踱步回实验室,继续埋首于不同的研究项目。每次谈起实验室,他的脸上都不禁绽放出笑容。「我很喜爱待在自己的实验室,彷佛这就是我的第二个家。」

此时,他的炯炯双目闪烁着一股热诚与冲劲,映照出脑海中层出不穷的创新意念。或许,下一个改变未来的重大发现,正在悄然成形。

 

Prof. Zhou is grateful for HKUST’s swift support for new faculty, allowing him to pursue academic excellence in diverse directions.
周教授感谢科大对新任教员的支持,让他能探索不同的研究方向,追求学术卓越。

 

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