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孕育世界級光電人才 太陽能光伏權威──楊陽
2021-12-13

楊陽與他的學生持續探索太陽光電的研究,引領人們走向更好的未來。(林旻萱攝)

楊陽與他的學生持續探索太陽光電的研究,引領人們走向更好的未來。(林旻萱攝)
 

在台灣出生長大的楊陽,從小愛提問,充滿好奇心。成功大學物理系畢業後,他赴美深造,一頭栽進光電材料的研究裡。而後楊陽進入加州大學洛杉磯分校任教,多次帶領研究團隊打破有機太陽能電池效率的世界紀錄。執教20多年,楊陽的學生遍布美、日各知名大學及全球頂尖企業,如蘋果、英特爾及台積電等。持續為世界培育頂尖人才的楊陽,被國際傳媒集團湯森路透評為全球最具影響力的科學家,絕對實至名歸。

 

態度決定勝負

1997年,來自台灣的楊陽加入美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的教學行列,在一間九坪大的實驗室,以校方提供的十萬美元啟動經費,開始他結合科學教育與研究的學術生涯。楊陽笑說,相比現在他的學生擔任助理教授,動輒近百萬美元的啟動基金,自己當年的經費實在少得可憐。但他始終相信,一個人的創意、對科學研究的堅持與態度,才是勝負的關鍵。

秉持這股器度,楊陽在他的研究室裡培育出的博士及博士後研究員至少一百位,其中的40%成了如美國普渡大學、休士頓大學、中國北京大學等大學教授,還有麻省理工學院的博士後研究員;另有40%在蘋果、英特爾、台積電等頂尖企業上班;而剩下的兩成則選擇創業開公司。

楊陽的研究團隊將不同材料的太陽能電池做成疊層電池,以能吸收不同太陽能光譜的概念為出發,在歷經兩年的研究後,發明了串聯有機太陽能電池,不僅大幅提升光電轉換效率,也創下科學史上,有機太陽能電池的光電轉換效率首次突破10%的世界紀錄。

截至今(2021)年10月,楊陽已帶領研究團隊發表了超過400篇論文,引用量超過125,000次,而楊陽的學術量化指標H-index來到166,表示他所有的學術文章中有166篇的論文分別被引用了至少166次。論文的引用率,代表的是研究成果的品質與影響力,湯森路透便是以不同領域的論文引用情況做分析,將楊陽評選為全球最具影響力的科學家之一。楊陽在實驗室裡的發現,始終引領著太陽能光電研究的發展。

5,000公里的放手一搏

楊陽表示,自己在台灣求學時,只是個成績普普的物理系學生,有滿腹的好奇心,卻不擅長考試,「我就是比較調皮搗蛋,經常向老師提問挑戰,從來不中規中矩,讓老師很頭痛。」楊陽甚至因為課堂教的,他已經會了而翹課,結果微積分還因此被當。

「來來來,來台大;去去去,去美國」,是1960到80年代台灣大學生風行的價值觀。畢業於1982年的楊陽也懷抱著留學夢,服完兵役後,便到美國麻州攻讀研究所。美國的教授鼓勵學生提問,以及積極發表論文的研究風氣,讓楊陽笑說自己像是條魚回到了水中,能自由地探究學問,滿足他對學習的渴望,也讓他從一個在台灣平均成績不到70分的大學生,變成在美國科科得A的研究生。

楊陽取得博士學位後,隨即有四、五個工作找上門。業界開出年薪四萬五千美元,還有股票分紅、綠卡的豐厚條件;同時楊陽也入選全美只有100個名額的國家研究委員會(National Research Council, NRC)博士後研究員,雖然最後因為必須具備美國公民身分而作罷,但對楊陽而言已是一種榮譽。

人生就是不斷地選擇。每一個現在都是過去選擇的積累,人無法預知未來,能做的就是釐清目標。只要方向正確,即便眾人不看好,也要相信自己的選擇。

楊陽在研究所時擔任了六年助教,埋下想從事教育工作的種籽。於是熱愛與學生交流討論的楊陽,跌破眾人眼鏡,選擇到加州大學河濱分校做博士後研究員。年薪兩萬兩千美元,不到業界一半又沒有綠卡,連指導教授也勸他留在麻州。但楊陽在妻子的支持下,仍決定離開待了六年的舒適圈,前往加州,因為學術研究才是他的理想。

於是楊陽租了台卡車裝家當,後頭拖著自己的小轎車,便和妻子開了近5,000公里路程,花了一個禮拜橫跨美洲大陸,從美國東北部來到西岸的加州,開啟新的冒險。

甘做熱愛研究的傻子

在加州大學河濱分校工作幾個月後,同樣位於加州的UNIAX公司研發出柔性高分子OLED,引起了楊陽的興趣。個性積極的楊陽主動和UNIAX接洽,獲得了面試的機會。豈料面試時,UNIAX卻告訴他,已經找到來自英國劍橋大學的人選,但囿於美國移民局聘請海外科學家的規定,才會找其他人來面試,請他不要失望。

一般人遇到這種狀況,可能會生氣,或是消極地放棄,但楊陽卻認為,「我的個性就比較不服輸,所以我要盡可能表現最好的自己,讓他們沒有辦法拒絕我。」研究所時,楊陽雖然念的是物理系,也同時修讀電機,博士時又跨足化學領域,最後取得高分子物理的博士學位。跨足物理、電機、化學領域的背景,擴大了他的思維,更讓楊陽顯得與眾不同,最後逆轉面試結果,得到這份工作。「找我這個人等於找了三個人,很划算。」楊陽開玩笑地說。

楊陽認為,在UNIAX工作的四年,是他人生的轉捩點,讓他得以和不同領域的世界級人才共事,楊陽在UNIAX的老闆艾倫.黑格,後來還是2000年的諾貝爾化學獎得主。練就一身功夫的楊陽,因緣際會下,在1997年進入UCLA的材料科學與工程學系任教。此時的楊陽又面臨了抉擇,一個是終身職的副教授,但文書流程要等上十個月,另一個則是非終身職、但可立即上班的助理教授。科學本身就蘊含競爭,研究人員都會迫切想實現腦中的點子。當時正值有機光電起飛的階段,滿懷研究熱忱的楊陽,不在乎職位高低,只想把握時機,於是選擇擔任助理教授,隨即啟動了研究。

接下來的一年,楊陽帶領學生投入OLED的研究,成功使用特殊的噴墨印表機列印出高分子OLED 標誌。這項科學界創舉,開啟了人類能以噴墨列印有機電子產品的可能性,因而造就如今業界能以列印方式製作OLED面板。此研究成果不只獲得著名期刊《Science》報導,研究室也得到美國空軍部、美國科學基金會(National Science Foundation, NSF)等的經費支持,楊陽也因此獲得美國科學基金會年輕成就獎(NSF Career Award)。即使在進入UCLA之初,楊陽因放棄終身職副教授的機會而被人笑傻,但他仍憑著自己的能力,在1998年被提名為終身副教授,2002年便成為正教授,在競爭激烈的美國科學界站穩了腳步。

啟動學生創意,造就非凡

執教20多年來,楊陽始終對科學保持高度的好奇心,曾是楊陽在UCLA的學生、現任成大光電科學與工程學系教授郭宗枋表示,楊陽不跟風,總是開創新局的行事風格,他銘記在心。楊陽重視學生的點子,鼓勵學生提出天馬行空的想法,例如有學生在喝咖啡時,發想咖啡因能讓人提神,且咖啡因的沸點約在攝氏300度,遠高於太陽能電池運作的溫度,也許能增加太陽能電池材料的穩定性。在楊陽鼓勵下,研究團隊將混有咖啡因的化學溶液塗在導電玻璃上,形成含有特製薄膜的鈣鈦礦太陽能電池,並放在加熱台上測試兩個月後,含有咖啡因的太陽能電池仍保有86%的初始轉換效率;而不含咖啡因的對照組,其初始轉換效率只剩60%,證實咖啡因的確能提升鈣鈦礦太陽能電池材料的穩定性。

探究原因,團隊發現咖啡因分子會與太陽能電池裡的離子形成強鍵結,有助穩定電池的晶體結構。但研究工作不會止步於此,團隊進一步探索茶鹼、可可鹼等化學分子是否有相似作用。「人蔘也可以試試看,蠻好玩的。」楊陽漾著笑容說。目前市面上的太陽能電池以矽晶太陽能電池為主,然而鈣鈦礦太陽能電池具有成本低、溶液塗佈的製程較為簡便,可作出彎曲或各色的太陽能電池等優點,卻始終有壽命短的問題。因此改善鈣鈦礦太陽能電池的熱穩定性,一直是近年科學界亟欲突破的目標,而楊陽團隊的研究成果,讓鈣鈦礦太陽能電池朝商業化發展的方向,又邁進了一大步。

楊陽認為,老師就像是伯樂,「當我們把學生當人才來栽培,激發他們的潛力,學生將來很有可能是千里馬;當我們把學生當勞動力來使喚,學生將來就是個勞動者。」楊陽耐心地引導學生找到有興趣的研究方向,給予自由選題的空間,擇其所愛,研究之路方能走得長遠。楊陽的研究室培育的科學家們,現已遍佈世界各大學、國際企業。藉由人和人的互動,產生對一個人、一個班,甚或是社會的重要改變,是教學工作最令楊陽著迷之處。

數十年的研究生涯,楊陽已獲得英國皇家化學學會會士、美國材料研究學會會士、美國物理學會會士、南加州中華科工學會終身成就獎等多項肯定。「好奇心、為所從事的研究感到快樂、熱忱態度,談起教學研究,任何時候都精力充沛。」是郭宗枋在楊陽身上習得的科研精神,如今郭宗枋透過教學與研究在成大傳承楊陽的精神。楊陽不只引領人們探索光電領域的無窮可能,更透過身教的潛移默化,不斷地培育能對世界發揮影響力的科學家。

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