近日，由寧波諾丁漢大學聯合培養博士生楊陣海作為第一作者，寧波諾丁漢大學吉姆格裡爾教授作為通訊作者之一的綜述論文"Device physics of back-contact perovskite solar cells"成功地發表在了《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)期刊上。該期刊是英國皇家化學學會旗下世界公認的能源與環境科學領域的頂級刊物，其影響因子為30.289。
(註：根據JCR的報告，《能源與環境科學》在環境科學學科排名世界第一，能源與燃料學科排名世界第二。)
(TOC of paper)能源與環境保護一直是科學家們關注的兩大熱點領域，尤其是在全球變暖，空氣品質和清潔水資源稀缺等問題不斷浮現，對於全球人類生存環境帶來了不小的挑戰。
寧波諾丁漢大學與中科院寧波材料技術與工程研究所(以下簡稱寧波材料所)的能源與環境專家們聯合開展新能源技術的創新研究，有望將鈣鈦礦型太陽能電池的能源轉換效率提高至25%。這篇文章也是寧波諾丁漢大學理工學院與寧波材料所科研創新合作的成果。
鈣鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cells)，是利用鈣鈦礦型的有機金屬滷化物半導體作為吸光材料的太陽能電池。鈣鈦礦作為一種人工合成材料，在 2009 年首次被嘗試應用於光伏發電領域後，能源轉換效率已經從最開始的3.8%上升到了2020年的25%。相較於矽基太陽能電池，鈣鈦礦型太陽能電池因其性能優異、成本低廉、商業價值巨大，全球頂尖科研機構和大型的跨國公司紛紛投入到它的研究之中，可見其蘊藏的巨大潛力。
可是，傳統鈣鈦礦電池(電子和空穴傳輸層分別集成在鈣鈦礦薄膜兩側)的光電損耗已經被最小化，繼續提高器件效率已經很困難。因此， 進一步提升鈣鈦礦電池效率可以從器件結構本身入手。
(Main research content)本文的第一作者楊陣海同學介紹道："我們將背接觸結構的概念引入鈣鈦礦電池器件的設計之中。這種將電池的兩個極性電極都集成在電池背面的設計最先是運用在矽基器件中。背接觸結構的鈣鈦礦電池可以有效消除入射面的寄生吸收損耗問題，降低對正面抗反射塗層和鈍化材料要求，並允許通過先進的正面減反結構設計提升器件光學吸收。對於背接觸鈣鈦礦器件而言，還具有可以消除成膜過程中出現的針孔現象，保護鈣鈦礦薄膜不受後續層的損壞等優點。"
除此之外，由於目前學界對背接觸鈣鈦礦器件的認識和理解相對膚淺，迫切需要建立一個基本的理論體系。楊陣海在導師的指導下，構建了一個具體的光電模型來研究背接觸鈣鈦礦電池的物理機制。通過模擬載流子產生，傳輸和複合的過程，闡明了背接觸鈣鈦礦電池的設計原理和載流子傳輸動力學理論。基於目前實驗可以做到的界面鈍化和薄膜質量，團隊預測這種背接觸鈣鈦礦電池的效率可以超過25%。
通過對於背接觸鈣鈦礦電池的深入研究，對比具有不同導帶和價帶的電子/空穴傳輸層，不斷提升能源轉換效率，最終，團隊篩選出一系列具有製備高效背接觸鈣鈦礦電池的功能材料組合。
"我們的研究提供了一種提高鈣鈦礦電池的有效方案，並為設計和製備高效背接觸鈣鈦礦電池器件提供一定指導。"楊陣海自豪地說道。
楊陣海是寧波諾丁漢大學與中科院寧波材料所的聯合培養博士生，由寧波諾丁漢大學李達三首席教授吉姆格裡爾教授和中科院寧波材料所的葉繼春教授共同指導。
(葉繼春教授)
(吉姆格裡爾教授)吉姆格裡爾教授是寧波諾丁漢大學先進電子材料與元件首席教授，也是理工學院電氣與電子工程系系主任。在加入寧波諾丁漢大學之前，他曾在愛爾蘭廷德爾國家研究所，都柏林聖三一學院，美國聯合技術公司，德州儀器和日立中央研究實驗室等地任職，也與世界領先的半導體公司進行研究項目合作。他的研究主要圍繞著半導體、微晶片和納米電子等領域展開。他先後獲得了超出5千萬人民幣的科研資金支助。