职称：教授 研究方向：光伏材料与器件、半导体光电子器件、新能源材料与器件 联系电话：0734-8578003 E-mail：liuchang@usc.edu.cn |
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个人简介
刘畅，博士毕业于厦门大学，师从晶面调控领域专家郑兰荪院士/谢兆雄教授/匡勤教授，曾于南方科技大学徐保民教授团队从事博士后研究，现为PA视讯平台教授，博导，创新创业学院院长，湖南省杰出青年基金获得者、湖湘青年科技创新人才，担任“碳中和新能源光伏与光储一体化技术”湖南省工程研究中心执行主任。主持国家科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、青年项目、中国博士后基金面上项目等国家级和省部级科研项目8项。发表SCI论文70余篇，他引4000余次，作为第一/通讯作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Science Bulletin等国内外高水平期刊发表30余篇论文。申请国家发明专利25项，已获授权8项，包括国内授权发明专利5项，PCT国际授权专利3项，专利作价入股1项159.44万，研究成果获深圳市自然科学二等奖1项（排名第二）。在国际、国内学术会议上做口头报告20余次，任6种国内外刊物如《Research》《Carbon Neutralization》《CleanMat》等期刊青年编委。现为国家自然科学基金评委、广东/湖南/山东/浙江等省自然科学基金评委、中国国际大学生创新大赛国赛评委。
主要科研课题
(1) 国家自然科学基金委员会, 面上项目, 基于全无机界面传输层的高效率高稳定性柔性钙钛矿太阳能电池的制备和研究, 2022-01-01至2025-12-31, 60万元, 在研, 主持。
(2) 国家自然科学基金委员会, 青年科学基金项目, 基于全无机钙钛矿量子点/有机无机杂化钙钛矿双吸收层异质结的新型太阳电池设计和研究, 2020-01-01至2022-12-31, 24万元, 结题, 主持。
(3) 国家科技部, 重点研发计划课题, 基于智能脉冲喷涂的高效叠层太阳电池制造关键技术开发, 2023-01至2025-12, 75万元, 在研, 主持。
(4) 湖南省科学技术厅, 青年A类（原杰出青年基金）, 钙钛矿太阳能电池绿色化与无铅化关键技术及机理研究，2026-01 至 2028-12, 50万元, 在研, 主持。
(5) 中国博士后科学基金委, 面上资助, 空气中制备高效稳定钙钛矿太阳能电池, 2016-11至 2017-12, 5万元, 结题, 主持。
(6) 湖南省科学技术厅, 湖南省“三尖”创新人才工程项目, 青年科技人才项目（“荷尖”）, 2022-09 至 2025-09, 40万元, 结题, 主持。
(7) 广东省基础与应用基础研究基金委员会, 广东省自然科学基金-面上项目, 新型全无机钙钛矿量子点/有机无机杂化钙钛矿双吸收层异质结太阳能电池的设计和研究, 2019-10 至 2022-09, 10万元, 结题, 主持。
(8) PA视讯平台，青年优秀人才项目，面向碳达峰碳中和目标的高性能钙钛矿太阳能电池的设计和研究，2022-06至2027-06, 300万元，在研，主持。
(9) 国家科技部重点研发计划，新一代钙钛矿太阳能电池关键材料及宏量制备技术，2021-12至2025-11，2100万元，在研，参与。
(10) 国家自然科学基金委员会, 联合基金项目, 共蒸发制备铜锑硒薄膜及其柔性太阳电池研究, 2020-01-01 至 2023-12-31, 252万元, 结题, 参与。
主要论文
(1) Zhenye Li*, Rujin Zhou, Huanyan Jiang, Menglong He, Siqi Fan, Yixin Zuo, Yufei Wang, Yuang Fu, Qingqi Song, Bin Tian, Jing Peng, Sha Liu, Xinhui Lu, Guangye Zhang, Yifa Sheng*, Chang Liu*, Hanjian Lai*; Fusion Strategy Toward Highly Crystalline Non‐Fullerene Acceptor Enables Simultaneously Enhanced Current and Voltage in Organic Solar Cells, Advanced Materials, 2026, doi.org/10.1002/adma.202521440.
(2) Guo Ding, Xianyong Zhou*, Kaixin Huang, Yintai Xu, Yuanwei Wang, Zhiwei Deng, Kai Yuan, Chuanyi Huang, Bin Tian, Jinbo Chen, Binbin Yu, Hanjian Lai, Zhixin Liu, Lei Yan, Baomin Xu, Xingzhu Wang*, Chang Liu*; Unified Bulk and Interface Control of Tin-Lead Perovskite via a Molecular Bridge for Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cells, Advanced Functional Materials, 2026, doi.org/10.1002/adfm.74503.
(3) Xianyong Zhou, Yuanwei Wang, Kaixin Huang, Guo Ding, Jinbo Chen, Zhixin Liu, Luozheng Zhang, Meiqing Zhang, Lei Yan, Yifa Sheng, Chang Liu*, Xingzhu Wang*, Baomin Xu*; A Multifunctional Reducing Molecular Dopant for 16% Efficient Tin Perovskite Solar Cells, Rare Metals, 2026, doi.org/10.1002/rar2.70162.
(4) Chunchen Liu; Xiaojian Zhen; Wenyuan Peng; Kaixin Huang; Luozheng Zhang; Ziyi Li; Xianyong Zhou; Jinbo Chen; Lian Chu; Wensheng Yan; Kenjiro Fukuda; Yifa Sheng; Xingzhu Wang*; Chang Liu*; CsSnI3 Quantum Dots as a Multifunctional Interlayer for High-Efficiency Bilayer Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Materials, 2025, 15(19), 2405074. (IF=26.00)
(5) Chang Liu; Jiyao Zhang; Luozheng Zhang; Xianyong Zhou; Yanliang Liu; Xingzhu Wang*; Baomin Xu*; Bifunctional Passivation through Fluoride Treatment for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Materials, 2022, 12(30), 2200945. (IF=26.00)
(6) Luozheng Zhang#; Chang Liu# (Co-First Author); Jie Zhang; Xiangnan Li; Chun Cheng; Yanqing Tian; Alex K.-Y.Jen*; Baomin Xu*; Intensive Exposure of Functional Rings of a Polymeric Hole-Transporting Material Enables Efficient Perovskite Solar Cells, Advanced Materials, 2018, 30(39), 1804028. (IF=26.80)
(7) Chang Liu; Lei Huang; Xianyong Zhou; Xingzhu Wang; Jianxi Yao; Zhike Liu; Shengzhong Liu; Wanli Ma; Baomin Xu*; An in-situ defect passivation through a green anti-solvent approach for high-efficiency and stable perovskite solar cells, Science Bulletin, 2021, 66(14): 1419-1428. (IF=21.10)
(8) Chang Liu; Kaixin Huang; Bihua Hu; Yaru Li; Luozheng Zhang; Xianyong Zhou; Yanliang Liu; Zhixin Liu; Yifa Sheng; Shi Chen; Xingzhu Wang*; Baomin Xu*; Concurrent Top and Buried Surface Optimization for Flexible Perovskite Solar Cells with High Efficiency and Stability, Advanced Functional Materials, 2023, 33(22), 2212698. (IF=19.00)
(9) Chang Liu; Luozheng Zhang; Yan Li; Xianyong Zhou; Suyang She; Xingzhu Wang; Yanqin Tian; Alex K. Y. Jen*; Baomin Xu*; Highly Stable and Efficient Perovskite Solar Cells with 22.0% Efficiency Based on Inorganic-Organic Dopant‐Free Double Hole Transporting Layers, Advanced Functional Materials, 2020, 30(28): 1908462. (IF=19.00)
(10) Chang Liu; Luozheng Zhang; Xianyong Zhou; Jishu Gao; Wei Chen; Xingzhu Wang; Baomin Xu*; Hydrothermally Treated SnO2 as the Electron Transport Layer in High ‐Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells with a Certificated Efficiency of 17.3%, Advanced Functional Materials, 2019, 29(47): 1807604-1807604. (IF=19.00)
(11) Chang Liu; Xianyong Zhou; Shuming Chen; Xingzhong Zhao; Songyuan Dai; Baomin Xu*; Hydrophobic Cu2O Quantum Dots Enabled by Surfactant Modifcation as Top Hole-Transport Materials for Effcient Perovskite Solar Cells, Advanced Science, 2019, 1801169. (IF=14.10)
(12) Jinbo Chen; Kaixin Huang; Wenyuan Peng; Junjie Tang; Yuxin Dai; Ziyi Li; Luyao Hao; Xianyong Zhou; Bin-Bin Yu; Ruoyao Xu; Hua Dong*; Xingzhu Wang*; Chang Liu*; π-π Stacking Arrangement of Naphthoic Acid Enhanced Bulk Passivation for Efficient Perovskite Solar Cells, Nano Energy, 2025, 111441. (IF=17.10)
(13) Xianyong Zhou; Jiawen Wu; Jie Zeng; Deng Wang;Jinbo Chen; Meiqing Zhang;Wenbo Peng; Zhixin Liu; Yong Zhang; Luozheng Zhang; Lei Yan; Chang Liu*; Xingzhu Wang*; Baomin Xu*; Target therapy on buried interface engineering enables stable inverted perovskite solar cells with 25% power conversion efficiency, Nano Energy, 2024, 110170. (IF=17.10)
专利
(1) 刘畅，王行柱，陈今波，刘春辰，周贤勇; 一种低维钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用，2023-12-14，中国，CN117684274A。
(2) 刘畅，刘春辰，王行柱，盛义发; 一种钙钛矿太阳能电池用钛酸锶薄膜的制备方法，2023-12-07，中国，CN117881249A。
(3) 刘畅，刘春辰，王行柱，周贤勇，陈今波; 一种钙钛矿薄膜的制备方法、钙钛矿太阳能电池, 2023-12-14, 中国, CN117693270A。
(4) 刘畅，陈今波，王行柱，刘春辰，周贤勇; 一种晶界缝合强化的钙钛矿薄膜及制备方法与钙钛矿太阳能电池，2023-12-13，中国，CN117715487A。
(5) 刘畅，王行柱，刘春辰; 一种柔性钙钛矿太阳能电池用钒酸铋薄膜的制备方法, 2023-12-07，中国，CN117902625A。
(6) 徐保民，刘畅，佘苏扬，高集舒; 一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池, 2020-07-21, 中国, CN107331779B。
(7) 徐保民，张罗正，刘畅，张杰; 一种含有有机共轭高分子半导体材料的空穴传输层及其用途，2020-09-08，中国，CN107365411B。
(8) 田颜清，武建昌，徐保民，刘畅，邓祥; 有机聚合物、包含其的空穴传输材料、太阳能电池及发光电子器件, 2020-09-08, 中国, CN108559014B。
(9) 高集舒，徐保民，胡杭，陈佳邦，刘畅，武建昌; 一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，2021-06-04，中国，CN107275494B。
(10) 徐保民，朱培德，王行柱，章勇，吴佳汶，刘延亮，刘畅; 一种钙钛矿的合成方法及其应用，2024-10-01，中国，CN115872871B。
代表性科研成果
一、传输层分子工程与界面载流子输运网络构建
1.聚合物空穴传输层的侧链工程与活性基团原位暴露：传统的高分子空穴传输材料（HTMs）因分子链无规卷曲，导致电荷传输通道受阻。针对该问题，候选人提出了一种强化活性官能团空间暴露的分子设计策略。通过引入特异性侧链，迫使聚合物骨架中的功能环高密度暴露于表面。空间电荷限制电流（SCLC）与瞬态荧光光谱（TRPL）表征表明，该策略显著增加了与钙钛矿层接触的有效空穴提取位点，降低了界面传输能垒，在倒置钙钛矿太阳能电池中实现了优异的光电性能（Advanced Materials, 2018, 30(39): 1804028）。随后，候选人进一步针对无掺杂（Dopant-free）聚合物HTMs开展了侧链工程调控。通过精确控制取代基在咔唑单元上的拓扑位置（如3,6-位取代），系统优化了聚合物的前线轨道（HOMO）能级与介观排列形貌，有效抑制了因掺杂剂吸湿性引发的器件退化，实现了20.19%的光电转换效率（Advanced Functional Materials, 2019, 29(39): 1904856）。
2.无掺杂双层空穴传输架构的能带对齐工程：单一有机或无机HTL通常面临载流子迁移率不足或化学反应降解的矛盾。基于能带工程理论，候选人设计了一种基于全无机/有机无掺杂双层空穴传输层（Double HTLs）的新型器件物理架构。紫外光电子能谱（UPS）分析证实，该双层架构在物理空间上构筑了平滑的阶梯式级联能带排布，大幅降低了空穴提取势垒；同时无机底基底有效缓冲了界面化学反应。该架构将钙钛矿太阳能电池的能量转换效率提升至22.0%，并展现出极其优异的热/光稳定性（Advanced Functional Materials, 2020, 30(28): 1908462）。
3.水热法改性无机电子传输层与柔性器件适配：针对柔性钙钛矿电池中无机电子传输层（如SnO2）温和条件下结晶度低、氧空位缺陷密度大的痛点，候选人开发了一种可兼容柔性基底的低温水热后处理工艺。X射线光电子能谱（XPS）与电化学阻抗谱（EIS）表明，该工艺有效补偿了SnO2薄膜的表面氧空位，提高了薄膜的致密度与电子迁移率。以此作为ETL制备的柔性钙钛矿太阳能电池获得了17.3%的第三方认证效率，为柔性光伏的大规模卷对卷（R2R）制造提供了底层材料基础（Advanced Functional Materials, 2019, 29(47): 1807604）。
4.有机光伏电池中的“融合策略（Fusion Strategy）”：候选人将载流子输运网络设计的物理机制延伸至有机太阳能电池（OSCs）领域。针对高结晶性非富勒烯受体材料宏观相分离加剧激子复合的“结晶度-非辐射复合”矛盾，候选人主导提出了“分子融合策略”。通过精细调控高结晶性非富勒烯分子的π-π有序堆积行为与电子轨道的空间重叠积分，破解了结晶度与复合之间的博弈瓶颈。在保持薄膜极高电子迁移率的同时，有效抑制了非辐射能量损失，在有机光伏器件中实现了短路电流（JSC）与开路电压（VOC）的同步提升（Advanced Materials, 2026, DOI: 10.1002/adma.202521440）。
二、多维混合限域效应与钙钛矿结晶动力学调控
1.全无机量子点（QDs）作为多功能异质界面层的跨层限域：针对钙钛矿吸光层与传输层异质界面处严重的能带失配与载流子复合积累问题，候选人率先提出将全无机CsPbI3量子点作为多功能界面工程层引入器件架构中。高分辨率透射电镜（HRTEM）与开尔文探针力显微镜（KPFM）分析证实，CsPbI3 QDs不仅有效钝化了表面未配位的Pb2+缺陷，其量子限域效应还起到了优化界面能带弯曲、加速空穴提取的作用，显著提升了器件效率与湿度稳定性（NPG Asia Materials, 2018, 10(6): 552-561，封面论文）。在此物理机制基础上，针对双层钙钛矿电池中层间电荷传输受阻的难题，候选人进一步将窄带隙无铅 CsSnI3量子点引入双层架构。飞秒瞬态吸收光谱（fs-TAS）揭示了该“0D/3D双层多维级联架构”在物理空间上极大阻滞了有害的卤素离子迁移，同时在能量空间构筑了级联能带排布，削减了界面电荷提取能垒，实现了超25%的光电转换效率（Advanced Energy Materials, 2025, 15(19): 2405074）。
2.表面活性剂改性疏水无机量子点的顶层能带匹配：传统的有机空穴传输材料极易吸收空气中的水分导致器件降解。候选人设计合成了一种经表面活性剂修饰的疏水型Cu2O量子点作为顶层无机空穴传输层。通过配体交换工艺去除了长链绝缘配体，赋予了Cu2O QDs优异的空穴迁移率与高度疏水特性。紫外-可见吸收光谱与接触角测试表明，该改性量子点层不仅与钙钛矿价带（VBM）完美匹配，加速了光生空穴的解离，更作为物理屏障有效阻挡了水氧入侵，大幅延长了未封装器件的空气运行寿命（Advanced Science, 2019, 6(21): 1801169）。
3.体相原位缺陷的绿色反溶剂动力学调控与超分子组装：为满足大面积制造的环保与低碳需求，候选人开发了基于绿色反溶剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的体内原位缺陷钝化成膜方法。该长链季铵盐分子不仅改变了薄膜结晶的吉布斯自由能，从成核热力学源头抑制了缺陷的产生，更通过离子键强相互作用钝化了阴阳离子空位，将非辐射复合寿命延长了近一倍，实现了23.4%的转换效率（Science Bulletin, 2021, 66(14): 1419-1428）。此外，候选人深入揭示了分子空间构型对钝化的本征影响，利用萘甲酸独特的π-π堆叠排列效应，在晶界处诱导构建了高度有序的分子组装体，构建了电荷高速传输的微观网络（Nano Energy, 2025, 111441）。
三、晶面工程、多维界面协同调控与无铅/叠层光伏体系
1.双功能卤素接触钝化与埋底界面的“靶向治疗”： 针对界面氧空位及未配位Pb2+，候选人利用氟化物极强的电负性特征，提出了双功能界面接触钝化策略。瞬态光电压/光电流（TPV/TPC）系统精确量化了器件内的电荷复合动力学，证实该策略通过形成强F-Pb配位键，显著抑制了深能级缺陷态密度，提升了极限光热条件下的器件寿命（Advanced Energy Materials, 2022, 12(30): 2200945）。针对反式器件中最易劣化的埋底界面，候选人提出了一套空间精准的“靶向调控”工程。通过设计引入含有特异性锚定官能团的界面修饰分子，精确修复了由底基底晶格失配引发的界面空位，消除了费米能级钉扎效应（Fermi level pinning）。制备的反式钙钛矿太阳能电池实现了25%的转换效率及优异的长期稳定性（Nano Energy, 2024, 110170）。
2.柔性器件物理应变耗散的“顶/底掩埋界面协同优化”：在柔性钙钛矿电池中，反复机械形变极易在异质界面萌生微裂纹与能带畸变。候选人打破了传统单侧修饰的局限，提出了“顶/底掩埋界面双向并发优化”的全新器件物理架构。通过柔性多功能分子的化学键合，不仅有效耗散了柔性基底传递的机械应力（Mechanical strain），更通过分子偶极矩作用成功重构了异质结两侧的能带弯曲（Band bending），大幅削减了界面电荷传输能垒。该策略使刚性与柔性器件的效率分别跃升至24.40%与22.04%，并赋予器件极佳的机械疲劳耐受度（Advanced Functional Materials, 2023, 33(22): 2212698）。
3.全钙钛矿叠层电池中电压折损的“分子桥”调控机制：针对窄带隙锡-铅（Sn-Pb）混合钙钛矿面临的界面能带失配、组分相偏析以及严重晶格应力难题，候选人首次提出了基于“分子桥（Molecular Bridge）”的物理化学统一调控策略。高分辨率的载流子扩散长度提取与原位X射线衍射（XRD）表征证实，该“分子桥”结构不仅打通了叠层器件的纵向载流子高速提取通道，同时有效耗散了由于晶格失配产生的横向应变能。该机制彻底抑制了能带弯曲造成的内建电场折损，大幅削减了Voc的非辐射能量损失，显著提升了叠层电池的光电转化性能（Advanced Functional Materials, 2026, DOI: 10.1002/adfm.74503）。
4.纯锡基钙钛矿的氧化抑制与结晶热力学调控：纯锡基钙钛矿中Sn2+极易自发氧化为Sn4+，引发灾难性的“自掺杂”效应及非辐射复合。候选人从分子轨道理论出发，引入了一种具备极强给电子能力的还原性多功能分子掺杂剂。原位光谱表征表明，该分子在溶液前驱体与固态薄膜服役全周期内有效抑制了Sn2+氧化，并通过强配位锚定作用，从热力学层面大幅延缓了极快的结晶速率，有效抑制了晶格畸变。通过体相与界面的协同控制，无铅锡基太阳能电池的光电转换效率突破至16%，稳居该领域国际先进水平（Rare Metals, 2026, DOI: 10.1002/rar2.70162）。
5.光电缺陷调控理论在先进光子探测领域的应用：针对厚膜探测器件极高的体相暗电流噪声（Dark current），通过靶向消除厚膜内部的离子迁移通道与深陷阱复合中心，极大提升了光生载流子的有效漂移距离（μτ乘积）与收集效率。制备的新型钙钛矿光子探测器件表现出国际领先的辐射灵敏度与极低的暗电流水平（Nano Research, 2026, 10.26599/NR.2026.94908490）。该工作充分验证了缺陷调控基础理论在光电转换交叉领域的普适性。
