记者 陈中秋 摄 海报制作 李前芳
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寻找新质生产力青年 开启全面深化改革的春天
记者 童蔚
一块长得类似镜子又有点像超薄iPad的正方形面板，连上USB线，只要室内有灯光，就可以持续为我们的手机充电。
这是王睿最近花了两三个小时设计制作的展示品，其中的关键材料是“钙钛矿”。
新能源革命的背后，材料科学的突破正扮演着关键角色。全球对绿色能源的需求正推动太阳能光伏技术迅速发展。其中，钙钛矿太阳能电池因高效率和低成本备受关注，被业界认为是“下一代光伏技术的领跑者”。
作为90后年轻学者，王睿海外学成归来后加入西湖大学，一心想将这种新型材料从实验室推向实际应用的广阔舞台。
新一代太阳能电池材料
1839年，当在俄罗斯乌拉尔山的山坡捡起一块石头时，德国矿物质学家古斯塔夫·罗斯不会想到，这种被他命名为钙钛矿的东西，会是下一把开启“双碳”能源革命的钥匙。
所谓钙钛矿，既不是钙也不是钛，而是具备相同晶体结构的一类化合物的统称（化学式为ABX3，A和 B都是阳离子，X是卤素阴离子）。在阳光照射下，钙钛矿吸光性很强，更容易释放电子，只需要薄薄一层，就能吸收光能。
2009年，日本科学家宫坂力造出了世界上第一块钙钛矿太阳能电池，当时的光电转换率只有3.8%。几年后，这个百分比跃升至19.3%，钙钛矿电池也被《科学》杂志评为2013年十大科学突破之一，打上了“新一代太阳能电池材料”的标签。
但钙钛矿有个致命的弱点：不太稳定，易受温度湿度影响，在户外环境下效率衰减很快。王睿及其团队就致力于提升这种新型材料的光电转换率和稳定性，实验室里的大部分操作，在充了氮气，隔绝水和氧气的手套箱里进行。
王睿随手拿起桌上两块涂布了钙钛矿薄膜的正方形玻璃面板，展示他最近完成的演示模型：“它实际上是用溶液法将钙钛矿制备成一层薄膜，类似于一种涂层，即使在弱光条件下也能保持较高的转换率，比如把日常生活中的室内光转化成电能。”
其中一块玻璃面板的边缘装有一排小灯带，当遮挡住钙钛矿层，灯带就会熄灭；而另一块配备USB接口，连上手机，就可以利用室内光充电。
“目前还充不满，只能保证手机在使用过程中不会因电量不足而关机。”王睿说。
让钙钛矿电池“喝”上咖啡
身高1.91米、说话总是面露微笑的王睿，1993年出生在辽宁锦州，本科就读于吉林大学，2015年毕业后前往美国加州大学伯克利分校读硕士，之后继续在加州大学洛杉矶分校攻读博士学位，学的是材料科学与工程专业。
王睿的“追光”之旅，始于2016年。“那会儿刚读博进组，觉得钙钛矿电池比较新，里边有很多未知的点可以研究，对人类的未来也有益。”他认为这是自己人生中的一个重要转折点，“第一次尝试，转换率只有14%-15%。”
王睿爱喝咖啡，办公室里少不了手冲的材料器具。而咖啡不仅给他带来精神力量，还有意外的科研灵感。
2018年那会儿，王睿的相关研究尚处于起步阶段，实验转换率在18%左右。每天下午，他都会和同事享受一段咖啡时光，进行思想碰撞。一次讨论中，他们突发奇想：有没有什么材料能像咖啡一样，给钙钛矿电池带来“精神”上的提振，让它变得更稳定？
查阅资料后，他们发现咖啡因的结构中有两个官能团，刚好与此前研究中发现能控制钙钛矿结晶、促进材料生长的官能团一样。
买回1公斤高纯咖啡因材料，王睿尝试将它添加到钙钛矿电池中，结果令人惊喜：电池的效率提升至20%。这一喝咖啡喝出的发现，被物理化学领域的权威学术期刊《焦耳》所收录。
同一年，王睿和研究团队的目光投向世界三大饮料的其他两个，设计了相似的生物碱：茶碱和可可碱。前者让钙钛矿电池的转换率提升到了23%，还创造了电池连续工作500小时的新纪录。
这也是王睿所在团队首次对钙钛矿表面缺陷进行系统性研究，成果发表在当年的《科学》杂志上。
加速钙钛矿电池商业化
2021年是王睿在美国留学的第六个年头，4月，怀揣着让钙钛矿电池走出实验室、实现商业化的梦想，他回国正式加入西湖大学工学院，成为西湖大学当时最年轻的博导。
这几年，王睿和团队做的各种实验，“万变不离其宗”地围绕着两件事：提升稳定性、提高转换率。
2023年6月，他们找到一种创新的甲脒铅碘钙钛矿取向成核方法，即加入一种叫“戊脒”的添加剂，带来更好的结晶度和更低的缺陷率，可用于大面积组件的制备，发表于《自然》；2024年2月，通过设计分子共轭面积，让钙钛矿电池的缺陷钝化剂能在高浓度下使用而不会“损伤”电池性能，被《焦耳》收录。
7月24日，《自然》在线发表了王睿实验室合作的最新成果：他们合成了一种新分子（Py3），与钙钛矿电池组件其中一层的设计有关，基于它制备的钙钛矿电池转换率从23%提高到26.1%，更重要的是稳定性提高3倍，寿命从3000小时延长到1万小时。这是团队取得的第一个关于倒置钙钛矿电池的成果。
随着实验一步步取得的进展，王睿也收获了诸多荣誉：入选福布斯中国“2021年度30 Under 30”榜单，登上《麻省理工科技评论》2022年度全球“35岁以下科技创新35人”榜单，获得阿里巴巴达摩院的2023年“青橙奖”……
“现在做出来的只能说是展示品，我们的最终目标是能够大规模应用，让它真正服务于社会，比如说电站。你刚才问用室内光给手机充电，多久能充满，其实我也想知道。”王睿说。
他就像一位资深的咖啡师，钻研着一款名为“钙钛矿”的咖啡豆，让它不断改变性状，为它寻找“伴侣”，偶尔还拉个花，只为寻找到它的最佳风味。
为了让新质生产力青年的新技术、新想法、新模式能够赋能更多人和行业，共青团杭州市委、都市快报·橙柿互动联合推出“九千光年俱乐部”，致力于打造中国新质生产力青年学习交流平台，联合有能力影响未来的青年们，助推新质生产力发展与青年发展型城市建设。