提高鈣鈦礦太陽能電池效率與穩(wěn)定性 西湖大學(xué)王睿獲達(dá)摩院青橙獎

1月8日，15名中國科研新青年亮相達(dá)摩院青橙獎頒獎現(xiàn)場，這是一群與眾不同的科研青年，他們平均年齡僅有33歲，從潘云鶴、邵峰、楊樹鋒等院士手里領(lǐng)過青橙獎的這些年輕科學(xué)家，不僅獲得“青橙學(xué)者”桂冠，還有阿里公益支持的每人100萬元可自由自配的獎金。創(chuàng)立于2018年的達(dá)摩院青橙獎（青年科學(xué)家成長計(jì)劃）至今已連續(xù)舉辦6屆，累計(jì)向中國27家高校/科研院所的69人授獎，發(fā)掘了江文帥、韋東奕、白蕊等青年科研榜樣。

中國科研迎來一群新青年 15人攻堅(jiān)最難課題獲百萬獎金

舉辦6屆的青橙獎，已然成為優(yōu)秀青年科學(xué)家的風(fēng)向標(biāo)，發(fā)掘出一大批科研新星，支持他們披荊斬棘，引領(lǐng)學(xué)術(shù)潮流。此次達(dá)摩院青橙學(xué)者分享會在浙江大學(xué)舉行，將更多獲獎人帶到公眾面前，用專業(yè)趣味的科普、澎湃的科研熱情點(diǎn)燃廣大青年人群，展現(xiàn)科學(xué)穿越不同年齡、階層、文化差異的魅力，帶動更多人關(guān)注和投身科學(xué)研究。

達(dá)摩院院長張建鋒在青橙學(xué)者分享會上表示：“他們的科研不僅為我們提供了新思路，更為科技進(jìn)步和社會發(fā)展帶來了新的可能性。我們可喜的看到，歷屆青橙學(xué)者們多數(shù)堅(jiān)持從事基礎(chǔ)科學(xué)研究工作，既有目前熱門的人工智能，也有半導(dǎo)體技術(shù)、理論數(shù)學(xué)、生命醫(yī)學(xué)、化學(xué)材料等。他們的研究成果獲得了7項(xiàng)國家科技獎，并有5位成為所在高校的學(xué)院正/副院長，承擔(dān)了更大的科研責(zé)任，他們真正代表了今天中國科學(xué)研究研究水平新的高度?！?/p>

西湖大學(xué)王睿：提高鈣鈦礦太陽能電池效率與穩(wěn)定性

西湖大學(xué)工學(xué)院研究員、加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程博士王睿是今年青橙獎獲獎人之一，他的研究大幅提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率與穩(wěn)定性，為推動鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

王睿從事的研究包括鈣鈦礦太陽能電池、有機(jī)太陽能電池等新型光伏材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)。通過對鈣鈦礦缺陷態(tài)物理進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，設(shè)計(jì)一系列晶界及表面材料改善缺陷并大幅提高鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性。曾兩度打破有機(jī)太陽能電池的世界轉(zhuǎn)換效率最高紀(jì)錄。研究成果發(fā)表Nature正刊2篇，Science正刊2篇。

太陽的能量到底有多磅薄？地球距離太陽約有1.5億公里，接收到的太陽能量僅是太陽總輻射能量的22億分之一。即便只轉(zhuǎn)化這部分能量的萬分之一，也能供給全世界的人們正常生活一天。1954年，為了捕捉巨大的太陽能量，科學(xué)家們開發(fā)了以晶硅為主的第一代太陽能電池，人類自此找到了合適的容器來接收這份大自然的“饋贈”。

但隨著硅電池的研發(fā)技術(shù)臻于成熟，轉(zhuǎn)化效率卻遭遇了瓶頸，當(dāng)前晶硅太陽能電池實(shí)驗(yàn)室最高效率已經(jīng)達(dá)到27%，已非常接近其理論效率天花板。

2009年，鈣鈦礦太陽能電池問世，這種新型材料在當(dāng)時的轉(zhuǎn)化效率僅有3%，但學(xué)術(shù)界對其上限的預(yù)估遠(yuǎn)高于晶硅電池?！八旧淼膬?nèi)部離子遷移，實(shí)際上是一把雙刃劍”王睿表示，克服鈣鈦礦材料的不穩(wěn)定性是研究中的難點(diǎn)。在光照下極為活潑的鈣鈦礦，很容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的崩塌，這也是鈣鈦礦至今沒有走到大規(guī)模應(yīng)用的原因，它的使用壽命很短，一開始只能使用幾小時，后來也就延長到幾天。

從0—100，99步是努力，最后一步是契機(jī)。當(dāng)時的王睿沒有想到，答案就擺在他觸手可及的地方。

2018年，正在喝咖啡的王睿突發(fā)奇想查閱了咖啡因的結(jié)構(gòu)，他發(fā)現(xiàn)這個結(jié)構(gòu)上有兩個官能團(tuán)，正巧與團(tuán)隊(duì)此前研究發(fā)現(xiàn)能控制鈣鈦礦結(jié)晶、使材料生長更好的官能團(tuán)一樣。在將咖啡因添加到鈣鈦礦太陽能電池中后，電池的輸出功率居然真的大大提高。這一喝咖啡喝出的發(fā)現(xiàn)，被《Joule》收錄。

2019年，王睿再次從2種飲料——茶堿和可可堿中找到了鈣鈦礦表面缺陷的修復(fù)方法。在茶堿的加持下，鈣鈦礦電池創(chuàng)造了連續(xù)工作500小時的新記錄。這一成果登陸Science雜志，并向業(yè)內(nèi)發(fā)出信號：提升電池穩(wěn)定性，研究表面缺陷是非常重要的。

 “18年覺得這東西做到20%可能就到頭了，但一步一步的發(fā)展到現(xiàn)在，不但把它的轉(zhuǎn)換效率提升到26%左右，也把它的使用壽命提高到了大概幾千個小時，接近1萬小時”，當(dāng)被問及為什么鈣鈦礦電池相關(guān)領(lǐng)域的研究尤其激烈，王睿表示鈣鈦礦這種新型材料具有未知性，因此也具有無限可能性，“對于我們這種搞科研的，實(shí)際上還是以好奇心為驅(qū)動?！?/p>

正是這些好奇心驅(qū)動著更多年輕人投身科學(xué)研究領(lǐng)域，而達(dá)摩院持續(xù)關(guān)注和支持青年科學(xué)家，推動數(shù)據(jù)科學(xué)的不斷創(chuàng)新，無論是基礎(chǔ)理論發(fā)展、前沿技術(shù)突破、還是工程應(yīng)用，今后，達(dá)摩院也將與更多的青年科學(xué)家一起，用數(shù)據(jù)科學(xué)的方法，推動解決科學(xué)、產(chǎn)業(yè)和社會問題。未來，達(dá)摩院將繼續(xù)發(fā)揮青橙獎的作用，堅(jiān)守“挖掘、見證、幫助中國青年科學(xué)家成長”的初心，發(fā)掘最優(yōu)秀的青年科學(xué)家，樹立榜樣、讓他們被看見，支持科學(xué)發(fā)展、支持青年科學(xué)家攻堅(jiān)克難、勇攀高峰，共筑國家科技的未來。

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