我國層狀鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展

隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。如果想把食物保存得更久，我們往往會把它做成罐頭，其實(shí)陽光也可以。從上個世紀(jì)開始，科學(xué)家就開始研究“陽光罐頭”——太陽能電池及其相關(guān)技術(shù)——以期更好地利用太陽能。但直至今日，各類“保鮮”技術(shù)依然還在探索之中。前不久，西北工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊(duì)在《自然·光子學(xué)》發(fā)文，報道了高效穩(wěn)定層狀鈣鈦礦太陽能電池的最新突破性進(jìn)展。

26歲的晁凌鋒是這一成果的第一作者之一。他告訴記者，要把陽光變成“陽光罐頭”，第一步是需要把陽光轉(zhuǎn)換成能夠儲存的狀態(tài)——電。晁凌鋒解釋，太陽能電池的工作原理是一邊接收陽光的能量一邊將其轉(zhuǎn)換成電能，然后電能會被輸送到儲存裝置中，供后續(xù)使用，因此太陽能電池可以看成是一個“光-電轉(zhuǎn)換器”。這種神奇的“轉(zhuǎn)換器”有不少種類，他們研究的，是目前被學(xué)術(shù)界看好的“層狀鈣鈦礦太陽能電池”。

黃維院士團(tuán)隊(duì)的成員之一，南京工業(yè)大學(xué)教授陳永華是晁凌鋒的導(dǎo)師，他告訴記者，層狀鈣鈦礦電池三維結(jié)構(gòu)看起來有點(diǎn)像“魔方”，此次研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于，通過增強(qiáng)層狀分子間的作用力，增加了電池的穩(wěn)定性，在光照下持續(xù)工作1000個小時，電池的光電轉(zhuǎn)化性能衰減低于15%。

“從以往的層狀鈣鈦礦電池成果來看，一般持續(xù)工作500到800個小時，性能就會衰減15%甚至更多。”晁凌鋒解釋，相比之下，此次的成果有效增加了這類太陽能電池的穩(wěn)定性，延長了它的工作時間，處于世界領(lǐng)先水平。

穩(wěn)定性有那么重要嗎?陳永華說，要做好太陽能電池，許多問題有待突破，“穩(wěn)定性是其中一個很重要的方面，總不能允許電池很快就罷工了，壽命問題一定要考慮”。他比喻道，以前層狀鈣鈦礦材料太陽能電池的每一層之間的分子是“靠在一起”，這種不太緊密的作用力難以對抗水、熱以及紫外光等的侵蝕，使層狀鈣鈦礦電池很容易分解“罷工”;而他們這次想辦法讓分子緊緊地“抱在了一起”，從而增強(qiáng)了分子間的作用力，繼而增加了電池的穩(wěn)定性?！斑@項(xiàng)成果讓此類太陽能電池距離真正投入使用又邁進(jìn)了一步?！标愑廊A說。

然而，取得這項(xiàng)成果的過程是相當(dāng)曲折的?！拔覐难芯可荒昙壘烷_展了相關(guān)研究，直到研究生畢業(yè)成果都還沒有發(fā)表?！爆F(xiàn)正在西北工業(yè)大學(xué)讀博士一年級的晁凌鋒告訴記者：“真是一直在失敗，只有一次成功?！?

去年夏天來臨之前，是他最崩潰的時候?！拔覀兊难芯砍晒枰偷奖本┑闹袊?jì)量院做第三方驗(yàn)證才能發(fā)表。明明在實(shí)驗(yàn)室里測得都很成功，但到了北京就是測不出來了?！标肆桎h知道，世界上還有很多優(yōu)秀的課題組在攻關(guān)這個穩(wěn)定性的問題，如果自己的成果不能最先發(fā)表，就會失去價值。問題出在了檢測設(shè)備的連接環(huán)節(jié)，為了解決這個問題，在3個月的時間里，他往北京跑了多次，兩度推翻重建檢測連接設(shè)計(jì)，但一直走不出科學(xué)的迷宮，“同時我還在準(zhǔn)備6月份的研究生畢業(yè)論文答辯”。

比這一切更讓他難以接受的是，夏天就要來了。層狀鈣鈦礦材料本身“怕熱”，這意味著，如果不趕在夏天之前做完檢測驗(yàn)證，成果的最好性能指標(biāo)將大打折扣，他們將失去與國際團(tuán)隊(duì)競爭的籌碼。

“雖然，我覺得陳永華老師也已經(jīng)崩潰了，但他一直鼓勵我們，半夜12點(diǎn)多還來實(shí)驗(yàn)室和我們交流”。最后，在一天夜里，他們走出了“迷宮”，最后通過了第三方驗(yàn)證。

和夏天賽跑的晁凌鋒，終于在這個春天奪得了勝利果實(shí)。這一成果的發(fā)表不僅是對他意義重大，他說：“我看到了這項(xiàng)研究對世界能源領(lǐng)域的價值，所以才會一直堅(jiān)持?！钡巧享敿壠诳?，他還在繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究，“我們不僅希望大家認(rèn)可這項(xiàng)研究，更希望通過這項(xiàng)成果激勵更多人投身太陽能領(lǐng)域，這樣我們的未來才會更好”。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。