自 1999 年起，《麻省理工科技评论》每年在全球范围内从生物医药技术、能源材料、人工智能、量子计算和通信、智能制造等多个前沿学科和科技领域中遴选出 35 岁以下对未来科技发展产生深远影响的远见者、先锋者、发明家、人文关怀者或者创业家。 

“35 岁以下科技创新 35 人”（35 Innovators Under 35，以下简称 TR35）堪称科技领域全球极具影响力的青年人才评价体系之一，在产业界和学术界获得了广泛认同。 

为了更好的将“创新城”与“青年人”更好的融合和碰撞，杭州未来科技城将联合《麻省理工科技评论》中国于 2022 年 11 月 14 日-15 日在杭州未来科技城举办第二届「2022世界科技青年论坛暨《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”全球-亚太区发布仪式」。本届峰会，我们将以「看见未来」作为主题，邀请 2022 年 TR35 全球及亚太入选者，以及往届 TR35 China 的入选者们，一起在杭州未来科技城，分享成果转化最为生动的经验，展望活力青年引领的未来。

以下为 斯坦福大学博士后  雷雨声 2022 世界科技青年论坛暨《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”全球-亚太区发布仪式的精彩发言，由云现场整理。

大家上午好，非常荣幸今天能站在TR35这个讲台，我叫雷雨声，刚刚结束在斯坦福大学博士后的工作，今天我给大家带来了一个主题就是在柔性光线器件方面的分享。

今天主要想从三个方面给大家做出一点介绍。

第一个方面是柔性广电器件的发展背景。

第二个方面是我目前主要的工作方向。金属乳化物钙钛矿型单晶这个柔性器件的一个方向。

第三个方面基于我之前的研究背景，在未来的研究做一些展望。

电子器件大家都很熟悉，因为它在我们的生活中发挥了非常大的作用，大到我们家用电脑、手机电脑，小到我们现在用的智能手机，可以说电子器件的发展为我们的生活提供了很多便利程度。

但是纵观电子器件发展历程，它往往是向着更薄、更轻、更高性能的趋势。因此我们就不仅发问，在我们未来电子器件发展到一定瓶颈之后，它们是否可以向纸张皮肤一样那么轻薄，被我们直接穿戴在身上。当然这个问题，时代期刊在前些年也大胆做出一个预测。在我们未来电子设备中，它不再是传统的制备，而是像纸一样、皮肤一样穿在我们的身上。当然了，为了实现图中这么一个系统，我们还有很多努力。特别是对电路进行柔性化，需要显示进行柔性化，包括还有其他的供电系统，都要实现柔性化。但是在这么多的系统中，如果讲哪些系统最能够提升人与机器交互的感知，我想这应该是柔性光电子系统。

为什么讲柔性光电子系统是我们提升未来人机交换的关键？在这里给大家举几个简单的例子。

首先是我想大家都很熟悉的VR投显。尽管现在VR投显能给我们提供非常好的一个视觉体验，但是我们还是要佩戴比较大的设备。设想一下，如果我们可以把投显做的像隐形眼镜这么轻薄，对我们的出行和生活方式都会有非常大的革新。

其次，智能受欢。现在智能手环上面都兼具生理信号的监测系统。但是由于这个手环和一些其他器件体积的大小，它无法与我们的皮肤有比较完美的贴合，最后导致了对我们生理信号的检测，无论是在范围还是在精度上都有比较大的误差。如果我们能把这些器件做的像一些电子皮肤一样，与我们的皮肤紧密结合，那么不仅我们能监测到更多的信号，而且我们的信号准确度上也会有质的飞跃。

最后，我想大家也很熟悉的新能源汽车。现在国内外很多厂商都在布局太阳能驱动的新能源汽车。当然了，他们现在采用的还是传统的半导体材料，这种材料比较厚、比较重。因为这种原因，它们的应用场景会非常受到限制。当我们如果把这些太阳能电池做的像纸一样轻薄柔软，我们的应用场景就会大大得到提升。不仅是汽车，可以在衣服上、背包上、室内的玻璃上都可以贴这种材料，对我们的能源也会有一定的帮助。

以所以说为了实现这么一个变化，我们首先问题就是如何寻找高效的柔性半导体材料来替代现在产生的材料。这又不得不讲到一个钙钛矿。钙钛矿近些年来也非常火热，因为它们有个非常好的光电性质，由于吸光性比较大，正是因为这个原因，它可以被制成非常轻薄，就像纸一样的薄膜器件。除此之外，这种材料还可以全程通过燃料进行加工，具有很好的低廉成本。因此在过去的十几年发展中，钙钛矿也取得了前所未有的进展。尤其是在近些年，在太阳能电池、发光二极管、光传感器、光晶体管领域更是取得了日新月异的变化。

就像其他所有的材料一样，钙钛矿也分为单晶和多晶两种结构。顾名思义，多晶结构就是有很多细小的晶体来组成的薄膜，晶体与晶体之间有很多缝隙，我们叫做晶界，但是在单晶结果中就不存在这种。

这种晶界的存在对于产生的材料来讲，并没有什么区别。但是在钙钛矿这里就显得非常的不同。因为钙钛矿属于离子晶体，它在稳定性方面一直有个问题，就是说它与空气中的各种成分水、氧都很容易发生反应进行分解。所以说这就导致了在无数晶界存在的情况下，多晶结构的稳定性一直是钙钛矿领域困扰很久的一个问题。

除此之外，多晶结构的结构曲线浓度比较高，也进一步加深了结构的向变，所以说导致了稳定性一直是亟待解决的行业难题。相比而言，单晶不存在这种晶界，因此大的稳定性往往来讲对多型结构有一个本质上的提升。但是多晶结构也有它自身的优点，就是它能够完美适合我们的传统薄膜加工工艺，所以说器件制备、材料生长都比较简单。但是对于单晶来讲，晶体的晶长从一开始就比较难以控制，特别是也没有特别好的工艺来进行器件的整体集成，导致了我们在单晶方面的进展，整个全世界领域都非常缓慢。

见于目前钙钛矿所遇到的一些稳定性的难题，我们主要的工作是围绕在单晶方面，希望开发一整套全新的工艺，来实现单晶器件的集成，来为钙钛矿的稳定性提供另一种解决思路。

我的以前一个主要研发对象之一就是开发一套基于单晶器件的全新工艺，从最开始的器件生长到器件整体的集成，采用了全新的溶液的晶体外延的方式，可以实现从最开始微纳使用上的精确控制。不仅如此，我们还可以基于这种技术来进行单晶多种应用到器件集成，包括柔性高分辨率的LED，还有超表面的光探测器，这些都是我们传统的薄膜技术所无法来实现的。因此，我们这个加工技术在实现一些特种功能方面，特别是器件方面也是独一无二的优势。

随后我们进一步对工艺进行了深度的挖掘，也首次实现了单晶钙钛矿薄膜的大面积制备，并且成功集成老了可穿戴太阴能电池薄膜上，实现太阳能电池高效的单晶器件的制备。不仅取得了国际上三方认证，而且也是首次验证了单晶太阳能电池与多晶材料相比有一个独一无二的优势就是稳定性。

通常来讲，我们同样结构的多晶材料，通常在1-3个月内就会发生比较快的性能衰竭。但是我们同样器件所制备的单晶结构在同样的测试条件下，能够稳定在一年甚至更长的时间，这也为我们解决钙钛矿稳定性提供另一个很好的思路。

我的第二个研究方向依然是进一步探索稳定且高效的钙钛矿新结构。因为近些年来，我作为行业的研究者，也看到了这个材料从实验室逐渐有走向产业化的趋势。特别是在光伏领域、显示领域也是非常具有前景。但是谈到未来产业化也好，包括实际应用也好，始终绕不过的一个点我们必须要尽可能进一步提高它的稳定性。

那么想提高钙钛矿的稳定性，就要分析它的不稳定性原因。总的来讲，这个原因很复杂，但是可以用一些简单化来概括一下。

就是这个材料的不稳定性是由高缺陷度来导致，高缺陷度会形成很多的复发反应中心，再加上钙钛矿它隶属离子晶体，有着不可避免的离子迁移。在这种高复合反应中心的存在下，离子迁移就会变的非常严重，从而导致离子大范围的聚集，形成一个结构内部的失衡，最终导致结构的向变。

所以说在知道这些原因之后，我们就可以设计不同的策略来提高钙钛矿本身的结构稳定性。首先是高缺陷度，我们可以用单晶来替代传统的多晶薄膜，就如我前面所介绍一样，也是取得非常好的稳定性提升。其次就是对于离子迁移，包括失衡，我们的策略就是采用一些大量的有机化合物的参入，使钙钛矿变成低维或者二维的结构来阻断离子迁移，从而尽最大可能性提高它的稳定性，包括改善它结构的分布。

在传统的低维结构中，低维钙钛矿往往具有非常优异的稳定性，但是它的电学性能往往不尽人意。这是因为在传统的二维单晶钙钛矿中，人们用这种连续排列的有机分子作为阻断层，将三维结构彻底打成二维的层状结构，这样电子电荷在这些传递就会大大受到阻碍，甚至是无法进行传递，因此电学性能就表现的非常差。

但是当我们将二维钙钛矿作为多晶薄膜之后，这个问题依然存在。虽然它的稳定性很好，但是因为在二维结构中晶体与晶体之间随机的分布，导致层与层之间的排列不连续。尽管载流子和电子能够进行有效的传递，但是它的传递过程也是蜿蜒曲折的，所以导致整个性能损耗比较大。

我们就设想，我们能否构建一种全新的钙钛矿超晶格结构，既保证了有机阻断层的连续排列，又保证无机传递层的连续排列，就是兼具高稳定性和高性能的一个表现。

经过我们几年的研究，我们是首次实现了钙钛矿一个新结构叫超晶格的结构。这种结构正与我们之前所预测的那样，它在三维空间中形成了网状排列的结构，既保证了我们有机阻断层的连续排列，又保证我们一个无机电荷传输层的排列，所以说是兼具了我们设想的稳定性和高性能的表现。我们也依据这种超晶格的钙钛矿结构，首次制备了超晶格太阳能电池，也是取得了国际三方认证的效率及高稳定性。更重要的是在1000小时连续光照实验中，这种材料几乎可以做到性能无任何衰减。

更重要的是，因为我们大量参入了有机阻断层，所以这种超晶格结构具有本质上机械柔性，也非常适合我们进一步将其整合到柔性器件的高集成度的体系中。

最后就是根据我的研究，我想对未来的研究方向做一个大概的展望。在目前的领域中，多晶器件它依然存在一些问题，可能最重要就是比较关注的稳定性问题。目前来讲虽然有很多钝化策略，包括一些分子修饰手段，但是体现稳定性的一个问题依然没有很好的解决方式。所以说我们也是希望在未来的持续发展中，能涌现不同的策略，进一步帮助我们稳定多晶器件长期的稳定性。其实就是多晶技术，包括现在大面积适配的技术，目前主流还是有不同的技术路线，可能在未来也是需要我们进一步持续优化，来确定路线，进一步推动产业化的进程。

相比多晶来讲，单晶器件可能问题主要集中在技术路线的进一步开发。因为目前国际上对单晶器件关注包括研发都比较少，属于起步阶段。我们这个路线的开发，如何低成本的更便捷的制备单晶的薄膜也好，微纳结构也好，还是需要我们进一步的研究。我也希望在未来的工作中能进一步在这个方向进行耕耘，来逐步的完善这个工艺，为我们钙钛矿进一步在柔性电子中的发展，包括未来产业化的可能性提供一些帮助。

这个是我今天演讲的全部内容，谢谢大家！