原创长光所Light中心中国光学收录于话题#Light人物13个

《Light》记者

徐文、郝振东

编者按

近期，纳米光电领域著名学者、吉林大学宋宏伟教授接受了《Light》特邀记者徐文（吉林大学电子科学与工程学院）、《Light》记者郝振东（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所Light学术出版中心）的专访。宋宏伟教授围绕稀土发光材料、光电子材料与器件应用研究等方面话题进行了深入的解答，展望了纳米发光研究未来的发展方向，分享了自己的亲身经历和独到见解。

《Light》人物是《Light:ScienceApplications》发起的系列高端人物访谈栏目。本期我们很荣幸邀请到纳米发光与光电器件领域国家科技创新领军人才——宋宏伟教授。本期的采访将为大家呈现一位敢为先锋、勇于突破、精力充沛、幽默风趣的学术界领军人物的卓越风采。

宋宏伟教授

吉林大学电子科学与工程学院/集成光电子国家重点联合实验室教授、博士生导师；中科院BR计划（）、国家杰出青年基金获得者（）、吉林省第三批省管高级专家（）、领衔的“微纳信息材料与器件创新团队”入选国家重点领域创新团队()、第四批国家万人计划领军人才（）。现担任中国颗粒学会发光专业委员会副主任、中国物理学会发光分会委员、中国稀土学会发光专业委员会委员，是Nanomaterials、JournalofNanosciencesandReports、ScientificReport、CurrentChineseScience、《发光学报》等学术期刊的编委，以及高等学校优秀科研成果奖、国家自然科学奖的会评专家。主要从事稀土发光材料、光电子材料与器件研究；代表性成果：首次实现了钙钛矿纳米晶中稀土离子的掺杂，获得了量子效率接近%的量子剪裁发光材料，并将该材料作为荧光转换层应用于晶硅电池，使电池的光电转换效率提高3-4个百分点，相对参考器件效率提高20%，经Science亮点报道，被评价为近年来最激动人心的工作之一。迄今在AdvancedMaterial,AdvancedEnergyMaterial,NanoLetters,Light:ScienceandApplications等国际重要学术期刊发表SCI论文余篇，撰写英文专著2章，累计SCI他引多次，H因子60，-年连续入选中国高被引学者榜单。获国家自然科学二等奖、吉林省自然科学一等奖、吉林省科技进步一等奖、高等学校优秀科研成果自然科学二等奖等学术奖励。

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《Light》特邀记者徐文：宋教授，您年回国后到中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（以下简称长光所）工作，并建立研究团队，从事稀土纳米发光材料的基础物理问题研究。7年您回到母校吉林大学电子学院工作，方向转变到以纳米发光和光电器件研究为主。请问是什么原因让您拥有了这么一条独特的学术轨迹？哪些因素对您的研究定位和学术方向产生了重要影响？

宋宏伟：学术转型既要考虑学术微环境的变化，也要兼顾大环境的发展趋势。首先，就我自己个人而言，要适应学术环境的变化。我在长光所工作时的部门是中科院激发态物理重点实验室（现为发光学及应用国家重点实验室），我的研究方向一直是实验室的“正统”与“主流”。来到吉林大学后，我所在的实验室是集成光电子国家重点实验室，其学术定位与以往的实验室有了本质不同，所以调整学术方向是适应新的学术环境的必然选择。这就好比一个球员转会到了一个新的球队，如果不改变风格去适应新的战术体系，就会有从主力球员沦落为板凳球员的风险。另一方面，我所一直从事的稀土发光与光谱学研究肇始于上世纪60年代，是一门有点儿古老的学科，我一直将其比喻为一个古典的美女，美则美矣，但是脸上却露出了些许沧桑。举个例子，在上个世纪CRT和PDP显示技术一直占据显示领域的主要地位，但到了本世纪，随着液晶显示的兴盛，其逐步退出了历史舞台，与之相对应的稀土CRT/PDP荧光材料，自然而然就失去了原有的市场。如果我在研究中固守田园，那无异于骑着高头大马、握着长枪挑战风车的唐吉诃德。经过几代人的努力，吉林大学电子学院在光电子器件研究方面形成了传统优势，如有机电致发光器件、GaN半导体发光器件等。在我布局与谋划学术方向的时候，既要考虑自己团队的知识背景与研究基础，又要考虑汲取电子学院的精华为我所学、为我所用，同时也要考虑与其已有方向的差异与互补。综合这些因素，我把自己团队的学术方向定位为基于稀土掺杂的新型纳米半导体（如钙钛矿）发光和光电器件。

宋宏伟教授在实验室指导学生

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《Light》特邀记者徐文:铅卤化物钙钛矿材料最近成为光电领域的明星材料。年，您在国际上最早报道了稀土掺杂的铅卤化物钙钛矿发光材料，解决了实际的量子剪裁发光材料效率低和吸收系数小的难题；您进一步将其用于提高太阳能电池效率，并突破了效率提升的最高记录，在国内外引起了很大反响。您当时为什么会想到这样一个课题？您对这个材料未来的发展有哪些期望，下一步研究会面临哪些挑战呢？

宋宏伟：量子剪裁发光是上世纪70年代提出的一个物理概念，它是指在高能光子激发下，发光物质由高能态经由中间态（可以是实的也可以是虚的能态）级联发射两个光子的非线性发光过程，理论上的发光量子效率可以达到%。最初的研究驱动力主要来自寻找高效率的无汞荧光照明材料和PDP显示材料，上世纪90年代有科学家提出将量子剪裁发光（主要是Yb3+的nm发光）应用于晶硅电池，提高其光电转换效率，这一领域的研究一直持续到新世纪。但是以往的研究一直没有发现一种可以实用化的理想材料，其主要原因就是人们一直企图利用稀土离子间的能量传递过程（如Pr3+与Yb3+，Tb3+与Yb3+）来实现这一目标，而这会受到稀土离子4f-4f跃迁吸收截面小和谱带窄的制约。我在-年间也安排了1名博士生进行NaYF4基质中Tm3+-Yb3+以及Er3+-Yb3+间量子剪裁发光的研究，但我很快就意识到问题，主动撤出了阵地，因为我当时没有找到解决问题的策略。我们在年实现了CsPbCl3量子点中稀土离子的掺杂，隐约感觉其吸收截面高，声子能量低，能带又基本与Yb3+匹配（7F5/2-7F7/2跃迁能量的2倍以上），莫非找到了真命天子？于是我让当时的博士研究生周东磊去尝试，这一试居然成功了。我们所发明的这种材料，可以将紫外到蓝光区域（-nm）的光子高效地转换到晶硅电池的理想响应区域，成功避免了热效应所造成的电池能量损失，可使电池光电转换效率相对提高20%，远远超越其它的荧光转换技术，堪与叠层电池技术相媲美，而其方法更为简单廉价，颇具实用性。正如步我们后尘进行相关研究的美国华盛顿大学Gamelin教授在Science（.4.22）的专评中所说：“Forsolarenergyconversion,this