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06-17
是中国学术界群星璀璨、喜讯频出的一年：屠呦呦荣获我国首个诺贝尔科学奖、王贻芳大亚湾中微子振荡捕捉基础物理。
获得突破奖的喜悦，不仅包括施一公解析剪接体三维结构带来的期待，也包括湖南道县发现的47块距今8万至12万年的人类牙齿化石给予的启发古脊椎动物与古人类研究所。
更令人兴奋的是，2008年，我国学术界涌现出一大批优秀青年科学家，如耀眼的新星般冉冉升起，并取得了耀眼的成就：大尺寸钙钛矿太阳能电池创世界纪录、准确预测硫化氢高浓度-温度超导体、人类胚胎的首次成功基因编辑以及外尔费米子的突破性发现。
高水平的科学研究成果井喷。
为促进青少年交流、合作、创新、进步，促进科学技术的宣传、普及、传播和转化，年初以来，我们在征集优秀青年的基础上，取得了突出成绩，展现了较高的业绩。
各领域专家的意见。
在取得科研成果的青年人才中，30位具有代表性的科技新星入选“中国年度十大科技新锐人物”候选人，他们的杰出成就相继介绍。
首先我们来看看陈炜教授的科技成果——世界上最高效的大面积钙钛矿太阳能电池。
华中科技大学武汉光电子国家实验室陈伟副教授在访问日本国立材料与材料研究所（NIMS）期间，在钙钛矿薄膜太阳能电池研究领域取得重要进展。
基于P-i-N跨平面结构，通过优化的界面工程，全面解决了钙钛矿太阳能电池的高效、迟滞、器件稳定性、大面积器件均匀性和一致性等重要问题。
——“日本产业技术综合研究所（AIST）”成功认证大面积（>1 cm2）钙钛矿太阳能电池全球最高效率（15%），将大面积钙钛矿太阳能电池写入权威太阳能效率首次记录表《Solar cell efficiencytables (Version 46)》。
与这一最新成果相关的论文今年11月在线发表在《Science》杂志上。
该论文的通讯作者为中国科学院NIMS韩立元教授和瑞士联邦理工学院Michael Gratzel教授。
太阳能取之不尽，用之不竭。
大规模利用清洁可再生太阳能对于优化能源消费结构、减少环境污染和全球温室效应具有重要意义。
目前已商业化的光伏技术包括第一代晶体硅太阳能电池、第二代CIGS和CdTe薄膜太阳能电池。
尽管它们每年以30%的速度增长，但其总装机发电量仍不足世界能源消耗总量的1%。
%。
寻找更便宜、更高效的新一代光伏技术是太阳能利用的永恒命题，这关系到未来太阳能在多大程度上取代化石能源。
钙钛矿太阳能电池是近三年才出现的光伏技术，其效率记录一直在快速提高。
韩国KRICT目前报道的钙钛矿太阳能电池效率已达到20.1%，远远超过其他类型的新概念太阳能电池，几乎与发展了数十年的CIGS等薄膜太阳能电池相当，并且仍将存在未来还有很大的改进空间。
。
请参阅国家可再生能源实验室 (NREL) 编制的最新效率记录表（图 1）。
图1 历年各类太阳能电池效率记录（NREL整理） 另外，卤化物钙钛矿材料AMX3（A=CH3NH3+、NH2-CH=NH2+、Cs+等；M=Pb2+、Sn2+、Ge2+ 、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Bi3+等，通过测试数万条IV曲线并对比几种最常见的钙钛矿太阳能电池处于空缺状态的权威原因。
通过对钙钛矿太阳能电池结构的研究，我们发现P-i-N跨平面结构电池更容易消除磁滞效应，电池结构如图2所示。
通过实施成功的界面工程，我们使用稳定、高导电和能带调节的重掺杂。
无机界面材料在电极附近提取电子和空穴，并大面积控制和消除界面缺陷，其结果是：（1）该电池在所有类型的钙钛矿太阳能电池中表现出最佳的填充因子0.83。
，开路电压接近1.1V，小面积（0.09 cm2）电池效率提升至18.3%，大面积（1.02 cm2）电池效率达到16.2%； （2）无论是小电池还是大电池，其IV测试的滞后效应都很小，十个电池的多批次表现出良好的工艺重现性和器件性能的高度一致性（图3）； (3) 该器件显示出迄今为止各种类型钙钛矿太阳能电池报道的最佳稳定性，连续光老化前后数小时的性能下降<10%。
PCBM的疏水性和无机界面层的化学稳定性保护了钙钛矿层。
我们的反式结构设计消除了其他不稳定界面材料带来的干扰，将钙钛矿太阳能电池性能衰减的原因集中在钙钛矿材料本身上，能够真正最大程度地体现钙钛矿太阳能。
电池的稳定性如何？令人惊讶的是，初步的加速老化测试结果几乎令人满意。
多个电池样品老化前后效率下降幅度均小于10%（图4）。
图 2 基于重掺杂无机界面层的反式 P-i-N 平面结构钙钛矿太阳能电池示意图 图 3 (a) 取决于扫描条件的电池磁滞效应和 (b) 40 个不同批次（小面积）统计电池的均匀性图4 一批10块大面积（1.02 cm2）电池的每小时连续光老化测试结果（测试光强：mW/cm2，环境温度：25℃，短路条件连续电流输出）（a）归一化效率衰减<10%，（b）效率绝对值衰减统计图如图3-4所示。
只需改变扫描条件即可消除磁滞效应，保证良好的稳定性是我们的大面积电池成功获得日本AIST这一坚持最严格测试标准的认证机构的重要原因（图5）。
我们的成果被被誉为“太阳能电池之父”的Martin Green教授接受，并首次写入他与NREL、AIST等权威部门共同编写的《Solar cell efficiency tables, (version 46)》。
参见图6中的“表I”；这与之前韩国KRICT Newport认证的小面积电池的结果不同。
他们的结果在表三中被归类为“显着例外”和“非类别记录”。
主要原因是面积太小容易造成较大的测量误差。
您可以在《自然》子期刊最近发表的几篇评论文章中了解严格测试的重要性。
我们对大面积钙钛矿电池的成功认证，使钙钛矿太阳能电池的性能指标首次与同等标准下的其他类型太阳能电池进行比较。
而且，较大面积的电池模组理论上的最大性能可以通过1cm2的器件来估算，因为较大面积的模组通常是由宽度约为1cm2的长条形电池串联和并联而成，两者都来自导电玻璃的电阻损失。
相当。
此外，根据我们的测试结果，AIST将与世界其他权威认证机构讨论建立新型钙钛矿太阳能电池的测试标准。
相信未来会有更多钙钛矿太阳能电池认证结果来自NREL、AIST等权威机构。
图 5. 日本 AIST 认证结果，电池面积 1.cm2 图 6. 认证结果包含在《Solar cell efficiency tables,(version 46)》 最后，我们认为通过进一步提高钙钛矿薄膜的质量和成分（如用 NH2-CH= 代替 CH3NH3+） NH2+离子），大面积钙钛矿太阳能电池的效率记录很快就会突破20%的水平。
至于稳定性，还需要做更多、更深入的研究工作。
目前的器件仍然存在一定程度的衰减（虽然衰减很小）。
除了所使用的钙钛矿材料CH3NH3PbI3可能分解外，还可能与封装强度有关。
有关的。
通过成分控制，将CH3NH3PbI3钙钛矿材料的结晶温度（反之亦然晶体降解温度）从目前的70-80℃提高到100℃以上，并采用更可靠的封装方式避免水分的缓慢渗透，可以获得更长的寿命。
电池装置足够长。
陈伟副教授已获得风险投资意向，开始钙钛矿太阳能电池的试点研发。
企业的介入将加速具有实用价值的新型光伏器件的诞生。
写在后面：陈炜教授的研究成果令人兴奋，其他科技新星的故事同样令人兴奋，敬请期待！同时，我们将从即日起至2020年1月6日向公众开放公开投票，要求每人投票10人左右。
排名前十的候选人将入选中国十大新兴科技人物之一。
整个流程公开透明，杜绝暗箱操作。
我们还将举办后续活动，帮助获奖者与候选人对接产业与资本。
参与投票的朋友还有机会抽取丰厚礼品。
进入智社学术圈投票：中国那些耀眼的科技新星。
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