西湖大学最年轻博导王睿：钙钛矿太阳能电池突破与世界三大饮料｜U30
前言
2020年9月22日 ， 在第七十五届联合国大会上 ， 中国提出力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和 。 实现这个目标的关键一步在于充分利用可再生能源 ， 尤其是太阳能 。
王睿的研究方向 ， 就与此紧密相关 。 2016年 ， 王睿进入加州大学洛杉矶分校 ， 师从Yang Yang教授 。 后者是国际光伏领域的著名专家 ， 一直致力于钙钛矿太阳能电池的研究 。
钙钛矿电池就被称为第三代太阳能电池 ， 也称作新概念太阳能电池 ， 光伏是钙钛矿应用规模最为广阔的领域 。 今年 ， 高瓴就重金投资这一赛道 。 目前主流的光伏技术路线的转换效率 ， 提升水平已经逐步解禁瓶颈 ， 行业正孕育新一轮的技术变革 。 钙钛矿电池可能是下一代光伏技术的颠覆者 。

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1993年出生的王睿 ， 是西湖大学最年轻的博导 。 图片来源：ASKA LIU
地球距离太阳1.5亿公里 ， 只接收太阳巨大能量输出的十亿分之一 。 但即使是这一小部分在一小时内给地球带来的能量也超过了人类一整年消耗的能量 。
几十年来 ， 太阳释放出的大量自由且不含碳的能量促使科学家们开发光伏设备——太阳能电池——以此来捕捉阳光并将其直接转化为电能 。 这些太阳能电池板中的绝大多数是基于硅 。 于是光伏技术应运而生 。
钙钛矿材料是光伏技术的明日之星 ， 在业内评选的2020年中国光学十大进展应用研究成果中 ， 钙钛矿材料就占据了两个成果 。 在遍布全球的世界顶级大学中 ， 都有团队投入相关研究 。
更高层面上 ， 尽管我国的光伏产业目前已经是世界领先 ， 但欧盟把钙钛矿视为自己的翻盘点 ， 下重金聚焦研发 。
“我们一定要居安思危 ， 把握机会 ， 加速钙钛矿产业开发 ， 突破关键瓶颈 。 ”西湖大学特聘研究员、助理教授 ， 博士生导师王睿博士正致力于此项研究 ， 带着使命感 ， 希望能做出突破 。

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王睿博士工作的实验室 。 图片来源：西湖大学官微
王睿博士是今年科学与医疗健康赛道的实力入选者 ， 他的研究主要是探索钙钛矿的退化机制 ， 对症下药 ， 大幅提高了其长期稳定性 。 而不稳定性是阻碍钙钛矿大规模生产的难点之一 。
今年2月5日 ， 国际顶级期刊《Science》发表了一篇名为：有机共轭阳离子重构能带边缘 ， 提高效率和稳定性等的论文 ， 该文的三个共同第一作者分别为：薛晶晶博士、王睿博士和陈熹翰博士 。
薛晶晶博士也是今年科学与医疗健康领域的登榜人 。 在这项合作研究中 ， 他们发现了钙钛矿中有机分子的“双重人格”——钙钛矿材料的晶体结构由有机阳离子穿插的无机框架构成 ， 其中的有机阳离子当进行合理分子剪裁时 ， 除了起到保持晶格完整性的作用之外 ， 也可以对钙钛矿的带边结构产生影响 。 该项发现拓宽了钙钛矿光电性能调节的一个新维度 ， 将会对未来新型钙钛矿材料的设计提供崭新的思路 。
他们于2019年合作发表于顶刊《Science》的另一篇钙钛矿论文 ， 是从世界三大饮料：茶、咖啡、可可中找到了提升钙钛矿太阳能电池效率的方法 。 该项研究通过系统研究茶碱、咖啡因、可可碱中钝化活性基团的化学环境以及与钙钛矿的相互作用力 ， 揭示了钙钛矿缺陷钝化的微观机理和分子设计原则 ， 并通过对比发现茶碱可与钙钛矿形成最强相互作用 ， 从而使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从21%提高到了超过23% ， 这可为进一步提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提供了重要的理论基础 。