研究方向 | 田甜科研小组

钙钛矿光伏材料与器件研究

本研究方向围绕新一代光伏材料——金属卤化物钙钛矿开展深入研究，致力于解决钙钛矿太阳能电池在效率提升、稳定性增强和大规模应用等方面的关键科学问题。通过精准分子设计、界面工程和器件结构创新，实现高效稳定的钙钛矿光伏器件。

主要研究内容：

钙钛矿材料的结构设计与稳定性调控：开发了在70%以上湿度环境下稳定黑相CsPbI3的创新策略，通过精准掌控晶格畸变和缺陷钝化，实现了钙钛矿材料在恶劣环境下的结构稳定性。
全溶液法打印钙钛矿光伏器件：基于碳电极技术开发了高效、可打印且耐用的钙钛矿太阳能电池，通过界面链接和碳包覆策略，显著提高了器件的光电转换效率和操作寿命，为大规模低成本光伏技术提供了新方案。
界面分子设计与钝化技术：设计合成了系列功能性配体分子，通过多齿螯合作用修复钙钛矿结构缺陷，最小化电荷复合损失，实现了在钝化界面和增强电荷传输的双重功能，使器件效率提升至22%以上。
无铅钙钛矿太阳能电池研究：通过精准的分子设计和界面工程，开发了高效稳定的无铅钙钛矿太阳能电池，通过多齿螯合愈合结构缺陷，有效解决了低毒/无铅钙钛矿材料中的性能瓶颈问题。
大面积钙钛矿发光材料与器件：开发了大面积防水耐用钙钛矿发光薄膜和智能纺织品，通过创新的界面调控策略和封装技术，解决了钙钛矿发光材料在大面积制备中的均匀性和稳定性挑战。

有机非线性光学材料与器件

本研究方向聚焦于新型有机非线性光学材料的分子设计、超分子组装与应用开发，通过精准调控分子结构、晶体取向和界面相互作用，实现优异的非线性光学性能，为光通信、激光技术、生物成像等前沿领域提供关键材料支撑。

主要研究内容：

耐热型有机非线性光学膜的创新设计：通过分子结构精准设计和主客体超分子化学策略，开发了具有优异热稳定性的有机非线性光学膜材料，突破了传统材料在高温环境下的应用限制，实现了在热稳定照明和体内生物成像等领域的应用拓展。
超细二阶有机非线性光学晶体纳米线的自组装制备：创新性地开发了一滴自组装法制备超细二阶有机非线性光学晶体纳米线，通过精准控制结晶过程和分子取向，实现了纳米尺度下的高效二阶非线性光学响应，为微纳光电子器件提供了新型功能材料。
DAST光学损伤容限增强与稳健激光器研究：采用超分子策略显著提高了DAST（4-N,N-二甲基氨基-4'-N'-甲基-二苯乙烯氨基磺酸盐）晶体的光学损伤容限，通过主客体相互作用和晶格工程，优化了分子排列和电子结构，实现了稳健激光输出，为高功率非线性光学应用提供了新思路。
多功能有机非线性光学材料与器件：设计合成了系列具有多重功能的有机非线性光学材料，通过分子构筑单元的精准组合和超分子相互作用的优化调控，实现了光学非线性、发光、传感等多功能集成，拓展了材料在光电子和生物医学领域的应用前景。

多功能发光材料与生物成像技术

本研究方向致力于开发具有特定光物理性质的先进发光材料，探索其在生物医学成像、传感检测和智能显示等领域的应用潜力。通过分子结构设计和材料组装策略，实现高效、稳定和功能可调的发光材料体系，为生物医学研究和智能显示技术提供创新解决方案。

主要研究内容：

金属簇合物的多光子激发发光机制与应用：揭示了吡唑酸三核金簇的多光子激发发光机理，探索了其电子结构和能级跃迁特性，开发了用于动态细胞成像的新型发光探针，实现了对生物组织深层结构的高对比度、低背景干扰成像，为生物医学研究提供了新型成像工具。
大面积钙钛矿发光薄膜的制备与性能优化：系统研究了钙钛矿发光薄膜的大面积制备工艺与优化策略，通过组分调控、界面工程和缺陷管理，显著提高了材料的发光量子效率、色纯度和稳定性，突破了传统钙钛矿材料在大面积制备中的均匀性和稳定性瓶颈。
防水耐用钙钛矿发光纺织品开发：创新性地开发了集防水、耐洗涤和高发光效率于一体的钙钛矿发光纺织材料，通过先进的界面修饰和封装技术，解决了钙钛矿材料在湿润环境中的稳定性问题，拓展了智能穿戴和柔性显示领域的应用前景。
生物兼容性发光材料的设计与生物成像应用：设计合成了系列具有良好生物兼容性的发光材料，包括金属有机框架、量子点和有机发光体系，通过精准控制其表面化学和能级结构，实现了在细胞和活体水平的靶向成像和长期示踪，为疾病诊断和生物过程研究提供了有力工具。

先进光谱表征与材料测试技术

本研究方向致力于发展和应用先进的光谱表征与材料测试技术，深入解析新型功能材料的微观结构、电子性质和光电转换机制，为材料性能优化和器件设计提供理论指导和实验基础。通过多种谱学手段的协同应用，建立材料结构-性能关系，揭示关键物理化学过程。

主要研究内容：

钙钛矿太阳能电池的综合光谱表征：系统研究了发射与吸收光谱技术在钙钛矿太阳能电池表征中的应用，包括稳态与瞬态光致发光、吸收光谱、时间分辨光谱和电致发光等，建立了多尺度、多维度的表征方法体系，深入揭示了材料缺陷特性、载流子动力学和界面能级匹配等关键信息。
界面缺陷与电荷传输过程的原位监测：开发了界面缺陷特性和电荷传输过程的高灵敏原位监测技术，通过结合电化学阻抗谱、瞬态光电流/光电压和光诱导微波电导等技术，实现了对材料界面缺陷态密度、能级分布和电荷转移动力学的精准表征，为界面工程优化提供科学依据。
高性能材料的综合表征方法与标准化测试：建立了针对新型功能材料的综合表征方法和标准化测试流程，包括结构表征、形貌分析、光学性质、电学性能和稳定性评估等多方面内容，为材料的理性设计和性能优化提供全面支持。
先进原位表征技术在材料研究中的应用：探索和发展了一系列先进原位表征技术，如原位XRD、原位拉曼、原位AFM和操作环境中的光谱测量等，实现了对材料在实际工作条件下结构演变、相变过程和性能衰减机制的动态监测，为提高材料稳定性和器件寿命提供了关键依据。

研究展望

我们的研究团队将继续立足材料科学与化学交叉前沿，深入探索新型功能材料的设计合成、结构调控与应用开发，推动钙钛矿光电材料、有机非线性光学材料、多功能发光材料等领域的创新发展。通过理论计算与实验研究相结合，分子水平设计与宏观性能优化并重的研究策略，解决能源、环境与生物医学领域的关键科学问题，为可持续发展和人类健康做出积极贡献。