面向能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)的有機(jī)和碳納米材料研究

太陽的光線出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開太陽，太陽能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽能。一種薄如紙、半透明、可彎曲的“低成本”“塑料”就可以“發(fā)電”，并且光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到17.3%。這項(xiàng)研究就是1月8日剛剛榮獲國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授領(lǐng)銜完成的“面向能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)的有機(jī)和碳納米材料研究”項(xiàng)目。

某太陽能塑料布

太陽能發(fā)電是一種綠色環(huán)保可持續(xù)的清潔能源。“舉個(gè)例子，太陽光到達(dá)地面假如完全轉(zhuǎn)化是1千瓦每平米，如果效率做到20%，那每平米是200瓦，一天如果按照6小時(shí)計(jì)算，那就是每平米1200瓦，那就是1.2度電，可以供汽車行駛10公里左右，正常的市內(nèi)窗大概五、六平米，如果未來在窗上放有可以太陽能發(fā)電的設(shè)備，每天就可以擁有電動(dòng)汽車幾十公里的電能。”陳永勝說。

不同于傳統(tǒng)利用晶硅等無機(jī)物光伏發(fā)電，有機(jī)太陽能電池是解決環(huán)境污染、能源危機(jī)的有效途徑之一，其在質(zhì)輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環(huán)境友好等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)太陽能電池，被認(rèn)為是具有重大產(chǎn)業(yè)前景的新一代綠色能源技術(shù)。

歐洲科學(xué)家有預(yù)測(cè)，如果有機(jī)太陽能達(dá)到同等規(guī)模發(fā)電，無機(jī)太陽能成本0.2歐元每平米左右，有機(jī)太陽能成本低至0.03歐元每平米左右。

陳永勝表示，“傳統(tǒng)光伏發(fā)電采用晶硅等無機(jī)物，制作成本較高，而且耗能大;而碳是非常便宜的材料，這種有機(jī)材料質(zhì)地柔軟、可彎曲、可彩色化，未來在建筑一體化、可穿戴設(shè)備、汽車表面等都可以應(yīng)用。”

去年夏天，陳永勝團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)、制備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機(jī)太陽能電池材料和器件，實(shí)現(xiàn)了17.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，再次刷新了文獻(xiàn)報(bào)道的有機(jī)/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的世界紀(jì)錄。

這一成果讓有機(jī)太陽能電池向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)了一大步，并且得到世界認(rèn)可，國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)雜志刊文報(bào)道。英國廣播公司(BBC)對(duì)陳永勝團(tuán)隊(duì)最新成果的報(bào)道稱：“中國科學(xué)家近日發(fā)展了一種碳材料為基礎(chǔ)的可以代替成本高的硅基太陽能電池的替代方案。這一方案使用碳基材料為基礎(chǔ)的塑料薄膜為活性層可以高效地把太陽能轉(zhuǎn)變成電能，因此，可以通過方便和便宜的印刷技術(shù)制備同時(shí)可以和建筑外表一起使用。”

陳永勝表示，“在有機(jī)太陽能電池這一領(lǐng)域，是為數(shù)不多我們中國人處于比較領(lǐng)先位置的領(lǐng)域，同時(shí)我們還有自己最核心的材料和完全自主的制備技術(shù)，雖然我們還有很多事要做，但我們完全有能力在這一綠色能源領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中為國家提供獨(dú)立自主和具有國際領(lǐng)先的完全的技術(shù)方案”。太陽能雖然可以產(chǎn)生很大能量，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不足以保證人類所有的運(yùn)轉(zhuǎn)，這就需要我們保護(hù)能源，從自己做起，從身邊的點(diǎn)滴做起，節(jié)約能源，是我們?nèi)祟惷恳粋€(gè)人應(yīng)盡的責(zé)任。