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2012 年，Henry Snaith 教授展示了第一个效率为 10.9% 的固态钙钛矿太阳能电池 （PSC），引发了人们对钙钛矿材料的兴趣和研究浪潮，因为它们有可能彻底改变光伏 （PV） 行业。在过去的二十年里，钙钛矿光电子学取得了显着进步，在效率、稳定性和商业可行性方面有了显着提高，这使这些材料从科学好奇心转变为广泛应用的领先平台，特别是在光伏和发光二极管 （LED） 中。Henry Snaith 教授当选为英国皇家学会 （FRS） 会员，这要归功于他在高效太阳能电池中使用钙钛矿的开创性发现。除了学术职务外，Henry 还共同创立了两家分拆公司 Oxford PV Ltd. 和 Helio Display Materials Ltd. 并担任首席科学官 （CSO），这两家公司分别专注于金属卤化物钙钛矿光伏和发光应用的商业化。自 2012 年以来，他的团队一直领导全球研发界推进钙钛矿的基本理解和实际应用。2024 年 9 月 5 日，Oxford PV 宣布全球首次商业销售下一代钙钛矿叠层太阳能电池板，其发电量比标准硅板高出 20%。在与光：科学与应用的深入对话中，金属卤化物钙钛矿光电的先驱Henry Snaith教授分享了他的故事，讲述了科学的好奇心、对意外结果的密切观察以及偶然发现如何导致钙钛矿作为固体光吸收剂的发现，以及实现PSCs显著效率的关键发现和突破。他强调了他的团队对 PSC 技术从最初发现到目前令人兴奋的商业化状态的进步做出的重大贡献;这包括叠层太阳能电池的开发和探索 P-I-N 配置以获得更好的稳定性。此外，他还表达了他对钙钛矿 LED 未来以及与钙钛矿光电子技术相关的环境和安全问题的看法。采访进一步探讨了 Henry 从物理学本科生到著名科学家的历程。毫无疑问，他的事业成功是由他对直接现实世界产生影响的雄心壮志以及他不懈追求更高效、低成本和可持续的能源解决方案来应对全球环境挑战所推动的。当被问及获得诺贝尔奖的潜力时，Henry 承认，鉴于 PSC 技术的科学进步和对应对气候变化全球挑战的重大贡献，它值得这种认可。展望未来，Henry 表示有兴趣为公共政策做出贡献，特别是在可再生能源和教育改革领域，重点是创建一个更好地支持神经多样性的包容性教育系统。![]()
个人简介： Henry James Snaith 教授出生于 1978 年。1989 年至 1996 年，他在诺福克的独立格雷沙姆学校接受教育。他于 2001 年在布里斯托大学完成本科学习，并于 2005 年在剑桥大学获得聚合物太阳能电池博士学位，由 Richard Friend 爵士教授指导。完成博士学位后，Henry 在洛桑联邦理工学院 （EPFL） 与 Michael Gratzel 教授进行了为期两年的博士后研究。随后，他于 2006 年回到卡文迪许实验室，在剑桥大学克莱尔学院担任初级研究员。此后，他于 2007 年被任命为英国研究委员会 （RCUK） 研究员，然后晋升为牛津大学克拉伦登实验室的读者和物理学教授。现在，他是可再生能源的 Binks 教授。Henry 的研究重点是未来一代低成本光伏的新材料和器件架构。他的研究小组研究通过固相或气相沉积方法加工的有机、金属氧化物和金属卤化物钙钛矿半导体。他的跨学科工作范围从新材料合成和发现到器件制造和开发、高级表征方法和理论建模。Henry 的成就包括发现高效固态有机-无机金属三卤化物钙钛矿基薄膜和介孔太阳能电池。他于 2010 年与他人共同创立了 Oxford PVs，最初是将太阳能电池商业化，用于构建综合公用事业规模的光伏应用。他还是 Helio Display Materials Ltd. 的联合创始人兼 CSO，致力于将用于发光应用的金属卤化物钙钛矿商业化。Helio Display Materials 目前专注于用于颜色转换的钙钛矿，为增强现实应用提供全彩 micro-LED 显示器。他于 2012 年获得物理研究所 （IOP） Clifford Paterson 奖章和奖，并于 2014 年获得 MRS 杰出青年研究员奖。他于 2015 年当选为英国皇家学会会员。2016 年 5 月，他被欧洲材料研究学会授予 EU-40 材料奖。2017 年 10 月，他被授予 IOP 詹姆斯·焦耳奖章和奖。2020 年 9 月，他被授予贝克勒尔奖。他获得了路易斯维尔大学 2021 年 Leigh Ann Conn 可再生能源奖和 2021 年光电子学兰克奖。他还被评为 2013 年《自然》杂志十大重要人物之一，并在 2016 年汤森路透知识产权 （IP） 和科学业务部门评选出的“全球最具影响力科学人才”名单中排名第二，该榜单旨在确定在各自研究领域内产生最重大影响的科学家。Q1.在2012年，展示了第一款固态钙钛矿太阳能电池（PSC），其效率为10.9%，这一成果引发了钙钛矿太阳能电池研究的快速发展。为什么你选择钙钛矿作为固态染料敏化太阳能电池的材料？是什么促使你采取这种器件制作方法，比如用绝缘体Al2O3替代TiO2，以及使用混合卤素CH3NH3PbI3-xClx？2007年，我开始在牛津大学担任教职，随后与我在日本的好友和优秀同事村上拓郎（当时是东院大学的讲师）共同获得了一项英日合作研究资助。我派了一名博士生到东院大学，我们讨论并试图确定他应该从事的研究方向。我们决定让学生探索钙钛矿材料作为固态染料敏化太阳能电池（DSSCs）的吸光材料。当时，我仍然认为多孔的TiO2结构是固态染料电池的理想选择，但我们需要更有效的光吸收材料。我们使用的染料吸收光的能力不足，于是我们尝试用像P3HT等吸光聚合物填充TiO2孔隙以及其他半导体聚合物。但遗憾的是，我们无法通过这些聚合物实现高电流密度。我们还研究了量子点，我个人在实验室合成了硫化铅量子点，但我们难以得到高颜色比，导致效率只有几个百分点。在寻找新光吸收材料的过程中，来自东院大学的宫坂努（Tsutomu Miyasaka）在2009年发表了一项研究，提出在液体电解质染料电池中使用钙钛矿与多孔TiO2结合。我认为可以尝试将这些材料应用于我们的固态染料电池，但当时我并不知道它们的表现如何。我预计可能效率只有1%或2%。然而，令人惊讶的是，我们使用钙钛矿吸光材料和TiO2的第一批太阳能电池就达到了超过6%的效率——它立即生效了。作为一名物理学家，我想了解这种6%效率背后的物理机制，因此我们对我们的器件进行了广泛的表征。一个关键的测试是电荷提取。我们用光脉冲激发器件，并使用示波器测量电荷上升并流出器件的时间。我们观察到，在钙钛矿敏化的器件中，电流衰减比染料敏化器件快得多，表明钙钛矿器件的电荷提取速度更快；这让我开始怀疑，钙钛矿不仅在吸收光，还可能促进电子传输。为了验证这一点，我们在一些测试电池中用多孔的绝缘体替代了TiO2，观察是否仅通过钙钛矿发生电荷传输。这些测试电池并不旨在成为高效太阳能电池，而是作为测量电荷传输的参考。在我们的第一批实验中，我们制作了32个TiO2电池和2个使用绝缘体Al2O3的参考电池。当我们用太阳模拟器测量时，TiO2电池的最佳效率为7.2%，但这两块Al2O3电池意外地达到了10%的效率。开路电压（Voc）从约0.8V大幅提高到1.1V。这一Voc的巨大跃升完全出乎意料。之后，我们又研究了其他像硅氧化物和锆氧化物等具有与TiO2类似孔隙率和结构的绝缘体，它们都是非导电的。它们的表现类似，但Al2O3处理起来最为方便。这一发现令人惊讶，完全是没有预料到的。这个发现非常关键，因为它表明钙钛矿本身能够有效地既作为光吸收材料，又作为电荷载流子输送材料，从而减少了对单独的电子传输层的依赖。另一个突破发生在我们使用氯化物和碘化物混合物，特别是CH3NH3PbI3-xClx时，这也是一个有些偶然的发现。当时，我的一名学生非常擅长组合探索，他实验了多种铅和锡盐的组合——将碘化物、溴化物和氯化物与甲基铵碘化物、甲基铵溴化物和甲基铵氯化物混合。他探索了所有可能的成分，以观察它们对薄膜性能的影响。进行这种全面比较的一个原因是，我们当时对钙钛矿的化学性质并不完全了解。我们不知道不同的卤素混合物能够形成多大程度的合金。我们想弄清楚碘化物是否能够与氯化物形成合金，或者氯化物是否能仅以少量掺入到碘化物中。结果发现，只有少量的氯化物与碘化物混合，产生了两个重要的效果。首先，我们实现了缺陷钝化，从而获得了钝化良好且具有高发射性的钙钛矿。这一意外的结果为后续的许多发现奠定了基础。此外，我们的工艺——使用氯化铅和甲基铵碘化物形成三维钙钛矿——需要加入大量的甲基铵碘化物作为过量成分。这一方法产生了我们现在称之为前体相法的路线。当薄膜被涂覆时，它并不会立即形成钙钛矿，而是先形成了低维化合物，之后通过退火转变为钙钛矿。这种方法使得我们得到了具有大晶粒的高结晶材料。当我们将这种由氯化铅和过量甲基铵碘化物处理的材料与宫坂努使用的由甲基铵碘化物和铅碘化物在溶剂中按化学计量比混合而成的材料进行比较时，我们发现了显著的差异。宫坂的材料具有微小的纳米晶粒，且充满缺陷，导致其发射性能较差，在Al2O3上完全无法工作。相比之下，我们的材料高度结晶且钝化良好，具备了优秀的长程导电性和较长的载流子寿命。这一发展使得我们能够摒弃Al2O3，完全依赖薄膜钙钛矿材料进行电子和空穴的传输。总之，我们的发现是偶然和意外效应的结合。如果当时我们是钙钛矿的专家，或许根本不会尝试以我们当时的方式制作这种材料，因为最初这一做法并没有明显的意义。直到我们意识到少量的氯化物能够钝化缺陷并提高稳定性和性能，前体相法能够让晶粒长大成大颗粒晶体，才让这一方法变得有意义。我们并没有预料到这些结果，但当它们发生时，我们意识到它们具有变革性的潜力。我们认识到，钙钛矿不仅仅是吸光的量子点，它们是具有类似于砷化镓的光致发光效率和载流子寿命的真正半导体。通过这种配方旋涂得到的材料，最终证明是一个颠覆性的突破。Q2：自从那次成功以来，您已经发表了超过100篇论文，并在钙钛矿光伏领域创办了公司。能否请您简要回顾一下过去20年钙钛矿太阳能电池（PSC）研究中的重大进展和里程碑？
钙钛矿材料首次在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中应用是在2009年，当时的效率仅为几个百分点，但这项工作为未来的研究奠定了基础。自从我们报告了这一发现以来，几乎所有从事有机光伏研究的人都将关注点转向了平面异质结结构。钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率迅速提高，在几年内突破了20%。大约在2014年，第一款高效的钙钛矿发光二极管（LED）被报告。在这二十年里，我们还做出了另一项重要发现，大约发生在2017年，涉及器件结构的优化。最初，我们使用的是所谓的n-i-p结构，其中n型材料，通常是TiO2，位于底部，而p型材料，即有机空穴导体，位于顶部。为了探索其他可能性，我们还开发了p-i-n结构，其中p型材料位于底部，n型材料位于顶部。在p-i-n结构中，我们首先使用了PEDOT:PSS和PCBM富勒烯，这些材料在有机光伏领域已有应用。这个结构的效果相对较好，尽管它的性能从未超过n-i-p结构。然而，在2017年，我们发现p-i-n结构的稳定性显著优于n-i-p结构。因此，我们将大约90%的研究精力转向了p-i-n太阳能电池。这一结构还与多结电池兼容性极佳，稍后我将进一步讨论这一点。除了稳定性，效率是另一个至关重要的因素，尤其是在现有硅技术的背景下。随着行业的进步，钙钛矿太阳能电池已在单层配置中达到与硅相当的效率，但要引入一种仅仅与硅效率相匹配的新技术仍然是一个挑战。要真正与硅竞争，我们需要提供更高的效率。早期我们就意识到这一点，因此开始将研究重点转向串联太阳能电池。事实上，我们的第一批专利早在我们发表首篇论文之前就已提交，专利中明确指出钙钛矿的高电压特别适合用于串联太阳能电池。这些专利包含了钙钛矿在串联太阳能电池中应用的相关内容，从那时起我们就一直在继续研究这一概念。在这一领域，调节钙钛矿的带隙是一个重大挑战，混合卤素钙钛矿在这一方面证明了其重要性。通过调整碘化物和溴化物的比例，我们可以实现与硅匹配的理想带隙。此外，通过将钙钛矿中的铅替换为锡，我们可以降低钙钛矿的带隙，从而使用精确调节带隙的薄膜材料制造全钙钛矿串联或三结太阳能电池。从2014年开始，我们的大部分研究都集中在优化这些材料和完善多结电池的器件堆栈上。在过去的十年里，其他重大发展也相继出现。稳定性已成为日益重要的主题，特别是在理解如何减缓光致降解方面，这种降解是由于温度、光照和电场等因素引起的。早期关于钙钛矿中离子的作用以及我们报告的效率是否准确的问题也很多。最初，我们报告了电流-电压扫描，但很快意识到需要报告稳态效率。因此，我们引入了钙钛矿的稳态测量方法，以及最大功率点跟踪。今天，所有的效率记录都是以最大功率点跟踪或稳态效率报告的。尽管我们现在对离子对效率的影响有了更好的理解，但移动离子对长期操作稳定性的影响仍然是一个热门研究话题。当这些材料暴露于高温、阳光和变化的环境条件下时，钙钛矿中可能生成更多的移动离子。这些离子可能会影响器件的电子特性和整体性能。尽管我们在这一领域已取得了相当大的进展，但仍有许多工作需要继续开展。Q3. 在展示了高效钙钛矿光伏（PVs）之后，您成立了公司——Oxford PV，致力于钙钛矿光伏产品的商业化。当时，您认为钙钛矿太阳能电池（PSC）将在下一个十年内实现商业化。那么，按照现在的进展，我们距离在市场上看到真正的钙钛矿太阳能板还有多远？* 正如您所说，钙钛矿的稳定性是一个大挑战。那么，您认为商业化钙钛矿太阳能电池的使用寿命会是多少？在这个季度内，我们将迎来重大的进展。大规模的太阳能面板正在顺利推进。这些面板由72个电池组成，每块面板大约有2米乘1米，专为太阳能农场设计，因此它们将交付给真正的太阳能农场客户。这是正式的商业发货，款项也已经支付。我目前不能透露成本。Oxford PV可能很快会发布一份新闻稿，也许是在下周或几天后，但肯定会在这个季度，即第三季度发布。这些面板采用了串联钙钛矿硅技术，非常高效。在实验室中，效率已超过33%，但在实际模块中，认证效率约为26.9%。我们目前销售的第一款产品的全面积效率约为24.5%。至于产品的使用寿命，我不能透露确切的预测寿命，但它对我们的公用事业客户来说是可以接受的。我们的目标是在全生产线投入使用并实现大规模生产后，提供25年的质保。随着这一初步部署的完成，生产将大幅增加。目前，公司正在提高生产能力，并在德国勃兰登堡拥有一条生产线。然而，这条生产线的产能最大为100兆瓦，因此我们正在筹集资金建设一个千兆瓦规模的生产线。Q4. 这真是令人兴奋的消息！恭喜您！这是否意味着各国政府已经允许钙钛矿太阳能电池（PSC）广泛应用？钙钛矿的一个负面因素是，迄今为止，铅一直是所有高性能钙钛矿太阳能电池的主要成分，这在器件制造、部署和处置过程中引发了毒性问题。您对此问题有何看法？钙钛矿太阳能电池中的铅毒性问题确实需要考虑，特别是在环境可持续性和公共健康日益受到重视的背景下。我们的钙钛矿太阳能模块完全符合所有关于所使用材料的必要法规，符合现有的环境和安全标准。尽管钙钛矿层中含有少量铅，但需要注意的是，这些钙钛矿层非常薄，因此太阳能电池中铅的绝对含量非常低。此外，这些模块是层压的，这意味着任何铅都不会渗出；如果模块在使用寿命结束后进行回收，回收过程也非常简单。铅和其他有价值的材料，如铟，可以轻松回收。测试表明，即使将模块粉碎，铅也不会渗出，因为它被牢固地固定在层压材料内。客户不必担心任何负面的环境影响。至于制造过程中，任何可能的工业废料都必须小心地收集并进行适当处理。确保生产过程的安全至关重要，不仅要防止产品污染，还要保护工人的安全。事实上，在生产过程中，人员并不会直接接触这些材料，因为材料是在一个与操作人员分开的受控环境中沉积的。只要工厂设计时考虑到人类健康，排放得到妥善管理，以防止有毒物质泄漏，就没有必要担心。虽然铅是许多人关心的问题，但在这种情况下，由于其含量极低，铅实际上是较少有问题的材料。实际上，在钙钛矿-硅串联电池的生产过程中，最具危险性的材料是硅烷，它用于在异质结电池中生长非晶硅。硅烷需要严格的安全措施，但铅相对容易处理。在可持续性方面，必须考虑模块的整个生命周期，包括原材料的来源、生产所需的能源以及废水和排放的管理。然而，综合生命周期评估表明，铅对整体生态毒性的贡献小于1%。因此，政府和政策制定者不应该过于担心铅的含量，而应该专注于确保铅在行业中的安全和负责任的使用，因为当妥善管理时，风险是最小的。Q5. 鉴于钙钛矿太阳能电池（PSCs）已经实现商业化，您认为学术研究应该集中在哪些钙钛矿光电子学领域？这只是钙钛矿材料旅程的开始。随着多结太阳能电池和更先进概念的出现，钙钛矿太阳能电池的效率有望不断提高，向50%以上迈进。这将需要学术界进行更多的基础性研究。钙钛矿的降解和长期稳定性仍然不太明了，因此在研究和了解金属卤化物钙钛矿及其器件中的降解机制方面仍有很大潜力。对于太阳能电池，类似于硅模块的情况，我们需要继续延长其使用寿命，达到50年。钙钛矿LED的研发远不如太阳能电池那样成熟，我们需要提高纯蓝LED的效率，这类LED的发射波长约为470纳米，同时还需提高其操作稳定性，提升两个到三个数量级。此外，钙钛矿这种高度引人注目的半导体家族在其他领域也存在巨大的应用潜力。Q6. 在实现高效率钙钛矿太阳能电池（PSCs）之后，钙钛矿LED和激光器也很快被展示出来。那么，钙钛矿LED相对于其他类似产品（如柔性且可溶液处理的有机LED和低成本的氮化镓GaN LED）有哪些主要优势？钙钛矿材料相对于有机材料的一个显著优势是其优异的色彩纯度以及在活性层内重新吸收并重新发射光的能力，这一过程被称为光子回收。这个特性使得钙钛矿能够比有机材料实现更高的辐射效率。像氮化镓（GaN）LED这样的材料能够实现非常高的量子效率，通常超过80%。这种高效率部分归因于发射光的损失极小。相比之下，有机发光二极管（OLED）的量子效率通常限制在30%-35%左右。这个限制的主要原因是有机材料中显著的斯托克斯位移，这导致大量的光波导光被寄生吸收，而不是被发光层重新吸收并重新发射。钙钛矿材料则具有较小的斯托克斯位移。这意味着钙钛矿材料中的波导光更容易被发光层重新吸收并重新发射。光子回收过程减少了寄生吸收，从而提高了光发射的整体效率。因此，基于钙钛矿的器件相比有机材料的器件有潜力实现更高的效率。在LED的应用中，尽管基于氮化镓的蓝色LED非常高效，但红色和绿色LED通常效率较低。这在微型LED显示屏等应用中尤为突出，因为随着像素尺寸减小到几微米，效率损失变得更加明显。我们的初创公司Helio Display Materials主要专注于微型LED的颜色转换。我们通过使用钙钛矿纳米粒子或量子点作为颜色转换器来解决这一挑战。在这种方案中，蓝色GaN LED提供光源，随后光被钙钛矿吸收并以不同的颜色重新发射。通过使用蓝色GaN LED作为主要光源，钙钛矿作为颜色转换材料，我们可以在微型LED显示屏中实现更高的整体效率和亮度。这一方法有助于克服红色和绿色GaN LED的效率限制，使得基于钙钛矿的颜色转换器成为下一代显示技术的有希望解决方案。Q7. 您认为一旦做出了太阳能电池，使用类似的方法来制造钙钛矿LED会更容易吗？在您研究钙钛矿LED时，研究的重点有哪些不同之处？尽管钙钛矿太阳能电池（PSC）和钙钛矿LED在表面上看似相似，但从开发高效太阳能电池到制造高效LED的过渡并不像人们预期的那样简单。虽然这两项技术都依赖于相似的材料，但LED的特定要求引入了新的挑战，这需要不同的方法和专业知识。根据我们团队的研究经验，使用钙钛矿材料制作高效LED涉及克服许多与太阳能电池制造不同的障碍。例如，接触层的设计、层的平滑度以及层的完整性是两种设备之间的关键差异因素。这意味着，即使是一个熟悉太阳能电池开发的团队，也不能立即将相同的知识和技术应用于高效LED的制造。这需要专门的努力来调整特定于LED的图案、结构和工艺。然而，在使用溶液处理层与蒸发处理层结合的情况下，情况可能会有所不同。我们拥有的工具，比如牛津的集群工具，可以蒸发钙钛矿和有机材料。一旦高效的LED工艺得以建立，这些工艺可能会更容易重复。因为这些工艺将更多依赖于已有的配方，而不是依赖于单个研究人员的技巧，这使得新研究人员更容易稳定地制造高效的LED。关于钙钛矿串联LED，利用多结设计来提高LED性能的想法是很有前景的。目前，钙钛矿LED面临的主要挑战是其长期稳定性，尤其是在电场下，相比OLED，它们的衰退速度较快。多结LED可以通过减少驱动电压来实现相同的亮度，从而可能提高其稳定性和效率。我们在串联太阳能电池，特别是最多四结的太阳能电池方面的工作，为探索多结LED提供了坚实的基础。利用这种方法在LED中实现较低驱动电压和更高亮度是我们研究的一个令人兴奋的方向。只要能够充分解决稳定性问题，它可能会推动LED技术的重大进步。Q8. 你现在是能源研究领域的著名科学家。谈到你的个人职业生涯，你是从什么时候开始对太阳能电池产生兴趣的？为什么在剑桥决定选择有机光伏（OPV）作为博士研究的方向？你的博士研究对你后来的成功职业生涯有什么帮助？我在本科学习物理时，对科学产生了浓厚的兴趣。我知道自己想从事研究工作，但更重要的是，我希望从事一些有意义的工作——能够带来实际影响的工作。可再生能源是一个让我能够做出有意义贡献的领域，因此我开始探索风能、核聚变和光伏（PV）等方向的职业选择。风能似乎过于侧重工程学，而核聚变虽然有前景，但我认为在我的一生中可能无法实现。另一方面，光伏则是一个我可以相对较快做出改变的领域。它是一个可以应用我自己的知识，并对现实世界产生直接影响的领域。当我获得MSci学位时，我最初想进入工业界工作，因为我对创造能够影响世界的实际解决方案比单纯的学术研究更感兴趣。我申请了几份工作，最终收到了来自BP Solar的回复。他们告诉我，如果想在他们的研发部门工作，我需要拥有博士学位。这使我意识到，自己需要继续深造。因此，我开始寻找可持续能源领域的博士项目，并决定不再专注于硅基光伏，因为硅光伏已经工业化，且我认为该领域可能没有太多令人兴奋的学术研究机会。接着，我看到了剑桥大学Richard Friend教授的有机光伏博士职位招聘广告，这听起来既有趣又创新。正是这份广告让我决定在2001年选择剑桥大学进行博士研究。我的博士导师Richard Friend教授在有机光电子学领域已经是一个知名人物，尽管在我开始博士学习时，我并不知道他已经如此有影响力。事后证明，这是一个幸运的决定，因为他的影响力和人脉极大地丰富了我的学术经历。作为本科生，我惊讶地发现，学术研究与工业的关联如此直接。Richard Friend教授与剑桥显示技术公司（CDT）和Plastic Logic的合作让我接触到了研究的实际应用。我与CDT的科学家的互动帮助我理解了学术研究如何通过专利和与初创公司或成熟企业的合作与工业产生交集。这一认识显著提升了我对学术研究的热情。在博士学习过程中，我逐渐建立了信心并培养了研究技能，这对我后来的职业生涯非常重要。刚开始读博士时，我对自己是否能在学术界有所成就感到不确定。然而，三年后，我发现自己已经能够胜任科学家这一角色，并决定继续从事这个领域的工作。我在有机半导体、聚合物和小分子方面的知识和经验，在我之后的固态DSSC博士后研究中也证明了其重要价值。Q9.显然，你在钙钛矿太阳能电池（PSC）研究领域取得了非常成功的职业生涯，而你的博士研究是关于有机光伏（OPV），这是一个完全不同的领域。你为什么从聚合物光伏（PVs）转向了染料敏化太阳能电池（DSSCs）？是什么让你决定去洛桑联邦理工学院（EPFL）的Michael Grätzel教授团队做博士后研究？在完成博士学位后，我渴望继续从事太阳能电池的研究，但也非常希望能稍微扩展一下研究方向。我发现染料敏化太阳能电池（DSSC），特别是固态变种，是一个很有前景的领域。有机太阳能电池的一个挑战是控制它们的微观结构，而这正是我在整个博士期间研究的内容。相比之下，DSSCs允许金属氧化物中形成固定的微结构，这能够提供更多的稳定性。有机太阳能电池常常面临着域生长和纳米结构粗化的问题，这可能会阻碍自由载流子的生成。而染料敏化电池中的多孔阳极结构稳定，不易出现这些问题，因此它可能成为一个更加稳健的长期稳定平台。我也在寻找一个既能做科研又充满刺激的地方生活。我非常喜欢滑雪。位于瑞士洛桑的EPFL（洛桑联邦理工学院）是一个不错的选择。EPFL以其成熟的染料敏化电池研究团队而闻名，而且它靠近山脉。所以，这两个原因促使我申请并搬到了EPFL。染料敏化电池的主要挑战是高效的器件通常使用液态电解质，而我的目标是在EPFL开展固态DSSC的研究，使用有机孔导体，解决这个问题并推动技术进展。Q10.根据您在PSC研究领域的经历，您对年轻科研人员有什么建议？这是一次偶然的发现和敏锐的观察结合的结果，导致了我们的突破。最初我们并没有计划发现去除导电层会显著提升太阳能电池的性能。我们的目标仅仅是理解钙钛矿材料中的载流子传输机制。我们观察到去除导电层后的性能提升，完全是一个意外。回过头来看，我们现在明白了为什么这样做会提高性能，但当时，这一发现令我们感到震惊。我认为，我们的细致观察和对结果的解读是关键。世界上最聪明或最优秀的科学家可能也不会有意识地进行我们所做的实验。我认为，其他大多数人可能会忽略“钙钛矿敏化”电池中更快速的载流子提取。我们只是细心观察所得到的结果，然后意识到它的意义。在那段时间，研究界对是否应该使用介孔结构还是平面异质结结构来制造钙钛矿太阳能电池进行了激烈的讨论。在我的职业生涯中的十年里，包括在牛津的岁月，我一直专注于开发纳米结构和介孔材料，包括努力创建理想的介孔TiO2薄膜，甚至是大单晶多孔TiO2材料。我曾认为这是理想的多孔n型半导体。因此，在那时，我的整个职业生涯都专注于介孔和纳米结构。然后，我们发现这种钙钛矿材料可以非常简单地加工，且能作为薄膜工作。这是一个相当大的惊讶，震惊的是我们不再需要任何介孔材料。我之前做的所有工作，包括当时小组中进行的大量工作，都变得不再必要或相关。我们在遇到钙钛矿时，必须迅速适应并专注于固体薄膜钙钛矿技术。远离介孔结构的转变是令人吃惊的，尤其是考虑到之前十年一直强调这种结构。Q11. 回到你早期的教育经历，你曾就读于格雷沙姆学校（Gresham’s School），这是一所著名的私立学校，英国著名发明家和企业家詹姆斯·戴森（Sir James Dyson）曾在1956年至1965年间就读过。为什么你的父母选择这所学校，并愿意支付昂贵的学费让你接受中学教育？
我的早期学业经历比较艰难。小时候，我在学校表现得相当差。我并不是调皮捣蛋，只是注意力不集中，也没觉得学校很有趣。我更喜欢踢足球和到处跑，而不是专心上课，这导致我在班级里总是处于倒数的位置。然而，大约在九岁左右，情况开始发生变化，当时我们开始上正式的科学课。我发现科学非常有趣，这激发了我对学校的兴趣，也帮助我在学业上取得了进步。我的父母在这次转变中起了至关重要的作用。他们非常重视我们的教育。最初，我就读的是一所当地的公立学校，但那里的教育质量并不高。意识到需要更好的学习环境后，父母决定投资私立教育，送我和我的姐姐上学，尽管他们并没有很多钱——他们在诺福克经营一家酒店和餐馆。所以，他们对我教育的支持和投资在我学术发展的过程中起到了关键作用。我大约七岁时就开始上私立学校，其中格雷沙姆学校是郡内最好的学校之一，我从11岁开始在那儿学习，一直到完成六年级课程。Q12.许多人（包括我）相信你会因在钙钛矿太阳能电池（PSCs）方面的研究而获得诺贝尔奖。你怎么看？如果真是这样，你认为应该感谢谁？钙钛矿太阳能电池（PSCs）的发展不仅是一个科学成就，也是我们共同努力应对全球气候变化挑战的一步。我相信，钙钛矿作为一种技术，确实有可能值得获得诺贝尔奖。如果这种认可出现在技术得到充分验证并且其影响已经体现出来之后，那将是合适的。如果真有这样的时刻，我将感到荣幸能在为此做出贡献的人中得到认可。然而，我不想提前预设任何结果，并且我也承认，许多人在钙钛矿领域做出了重要贡献。如果这个领域确实颁发诺贝尔奖，几位值得认可的人会浮现在我的脑海。首先，是宫坂聪的团队，他们发表了关于钙钛矿的第一篇论文，这为该领域奠定了基础。如果没有他的开创性工作，我们可能不会探索钙钛矿材料，也不会发展出我们今天的技术。所以，如果我能获得诺贝尔奖，我认为他也应该获得。除此之外，我的导师——理查德·弗里恩和迈克尔·格拉泽尔——在指导和支持我的研究方面发挥了至关重要的作用。当然，我也必须提到我的父母，他们在我的整个教育过程中给予了坚定的支持，这对我的学术旅程至关重要。我的研究团队成员也是我们成功的关键。钙钛矿太阳能电池的工作是一个团队合作的成果，我很幸运能够与如此优秀和敬业的研究人员一起工作。Q13. 作为一位著名的科学家，您仍然非常年轻。许多知名科学家在获得领域认可后会转向管理职位。除了进行研究和运营与钙钛矿商业应用相关的公司，您是否也考虑过担任管理职务？我不知道未来会怎样。不过，我希望自己能够在两个领域有所作为。展望未来，接下来的十年对我们的星球至关重要。我们必须加快向可再生能源转型，以有效应对气候变化。我致力于以任何可能的方式为这一转型做出贡献。公众参与和影响政策制定者是至关重要的。我不知道自己是否愿意成为议员，但我肯定会努力让我们的声音被听到，影响公众、决策者和政治家们做出正确的决定，帮助我们向清洁、零碳的社会过渡。关于公共教育，我认为改善国家教育系统将会非常有益。高质量的教育不应该取决于私立学校。作为一个可能有阅读障碍的人，我亲身见证了国家教育系统在满足特殊教育需求方面的不足。这是英国亟待解决的一个重大问题。我们需要一个更好支持认知多样性和神经多样性的系统，以促进一个更具包容性和更有效的学习环境。我希望能影响决策者，推动有效的政策，确保所有学生，无论他们的学习差异如何，都能接受优质教育。Q14. 我注意到一些媒体报道中提到你时，使用了“既聪明又帅气的科学明星”和“爱笑的科学家运气不会太差”等描述。你觉得自己天生乐观吗？在你科研生涯中的低谷期，是什么让你最终能够度过难关？你是如何在繁忙的学术研究、研发创新和家庭生活之间找到平衡的？在你看来，研究人员在高压的科研工作下如何保持愉快的心情？一般来说，科学是一段充满挑战、挫折和怀疑的旅程。然而，正是发现新事物的潜力，以及为学科做出贡献的机会，激励着我——以及许多其他人——不断前行。我认为乐观是从事研究的每个人必不可少的品质。乐观意味着保持视野，享受过程而不仅仅是结果，明白每一次挫折都是学习和成长的机会。在科研的低谷时刻，重要的是提醒自己最初为何而开始。我一直以来的动力来源于深深的好奇心和解决能够对现实世界产生影响的问题的渴望。现在，我有一个庞大的研究团队和两家研发公司。工作不可避免地带来了压力。在技术上，我们取得了显著的进展，推动了科学的边界，使技术接近商业化成功。然而，我们仍然面临着在更大规模上证明其可行性的挑战。未来十年将是决定我们是否能够将钙钛矿的生产规模化至数百吉瓦，技术是否能在25年的使用寿命内保持稳定和具有影响力的关键时期。我们不仅要展示科学的成功，还要证明其对现实世界的影响；这既充满压力，又令人兴奋，因为成功的潜力巨大。在个人层面，平衡工作与家庭生活同样带来了一些挑战。作为三孩之父，我和许多家长一样担心孩子们在学校的表现、大学选择的决定以及他们的社交生活。这些日常的担忧是生活的一部分。要保持积极的心态，重要的是不要把自己看得太重。虽然努力工作并追求成功很重要，但找到平衡同样至关重要。作为父亲和丈夫，我不能把每个清醒的小时都献给工作，而忽视我的家庭。设定边界并确保有时间充电非常重要。事实上，拥有一个家庭可以提醒我不要过度工作，因为它提供了必要的平衡，并帮助我将工作放在正确的视角中。我相信，工作之外拥有一个全面的生活对我作为研究人员的工作效率和创造力都有积极的促进作用。在高压科研工作下保持愉快的心情，也需要一个支持性的环境，无论是个人的还是职业的。与同事的合作、庆祝小小的胜利、适时的休息都是其中的一部分。拥有科研之外的爱好和兴趣也很重要，这有助于保持生活的平衡和身心的健康。Q15. 你知道《Light: Science and Application》这本期刊及其“Light People”栏目吗？对于这本期刊和该栏目，你有什么建议或意见吗？我必须诚实地说，在你联系我进行这次采访之前，我并没有意识到这本期刊的存在。该期刊的内容似乎与我从事的领域高度相关。从发表的论文来看，似乎大多集中在光谱技术和光学现象的展示上。如果能增加更多基于光电器件的研究，或许可以吸引更广泛的读者群体。但这可能并不是期刊的主要目标。
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