能源与环境保护一直是科学家们关注的两大热点领域，尤其是在全球变暖，空气质量和清洁水资源稀缺等问题不断浮现，对于全球人类生存环境带来了不小的挑战。

宁波诺丁汉大学与中科院宁波材料技术与工程研究所（以下简称宁波材料所）的能源与环境专家们联合开展新能源技术的创新研究，有望将钙钛矿型太阳能电池的能源转换效率提高至25%。这篇文章也是宁波诺丁汉大学理工学院与宁波材料所科研创新合作的成果。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。钙钛矿作为一种人工合成材料，在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后，能源转换效率已经从最开始的3.8%上升到了2020年的25%。相较于硅基太阳能电池，钙钛矿型太阳能电池因其性能优异、成本低廉、商业价值巨大，全球顶尖科研机构和大型的跨国公司纷纷投入到它的研究之中，可见其蕴藏的巨大潜力。

可是，传统钙钛矿电池（电子和空穴传输层分别集成在钙钛矿薄膜两侧）的光电损耗已经被最小化，继续提高器件效率已经很困难。因此， 进一步提升钙钛矿电池效率可以从器件结构本身入手。

本文的第一作者杨阵海同学介绍道：“我们将背接触结构的概念引入钙钛矿电池器件的设计之中。这种将电池的两个极性电极都集成在电池背面的设计最先是运用在硅基器件中。背接触结构的钙钛矿电池可以有效消除入射面的寄生吸收损耗问题，降低对正面抗反射涂层和钝化材料要求，并允许通过先进的正面减反结构设计提升器件光学吸收。对于背接触钙钛矿器件而言，还具有可以消除成膜过程中出现的针孔现象，保护钙钛矿薄膜不受后续层的损坏等优点。”

除此之外，由于目前学界对背接触钙钛矿器件的认识和理解相对肤浅，迫切需要建立一个基本的理论体系。杨阵海在导师的指导下，构建了一个具体的光电模型来研究背接触钙钛矿电池的物理机制。通过模拟载流子产生，传输和复合的过程，阐明了背接触钙钛矿电池的设计原理和载流子传输动力学理论。基于目前实验可以做到的界面钝化和薄膜质量，团队预测这种背接触钙钛矿电池的效率可以超过25％。

通过对于背接触钙钛矿电池的深入研究，对比具有不同导带和价带的电子/空穴传输层，不断提升能源转换效率，最终，团队筛选出一系列具有制备高效背接触钙钛矿电池的功能材料组合。

吉姆∙格里尔教授是宁波诺丁汉大学先进电子材料与元件首席教授，也是理工学院电气与电子工程系系主任。在加入宁波诺丁汉大学之前，他曾在爱尔兰廷德尔国家研究所，都柏林圣三一学院，美国联合技术公司，德州仪器和日立中央研究实验室等地任职，也与世界领先的半导体公司进行研究项目合作。他的研究主要围绕着半导体、微芯片和纳米电子等领域展开。他先后获得了超出5千万人民币的科研资金支助。