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“青年千人计划”专家陈棋:钙钛矿太阳能电池让人期待

来源:中国科技网 作者:滕继濮 2017-02-03 13:56:42
内容摘要: 北京理工大学教授陈棋曾是钙钛矿电池转化效率的最高值的缔造者之一。去年2月,陈棋作为“青年千人计划”专家回国,来到北京理工大学任教,继续从事相关领域的研究。临近春节,陈棋向记者介绍了这项让人充满期待的研究。

  提起钙钛矿电池,知道的人并不多;说起晶硅太阳能电池,早已家喻户晓。钙钛矿太阳能电池就是科学家们光伏电池研究的新尝试。在近期举行的MRS(美国材料科学研究学会)国际大会上,钙钛矿太阳能电池即将取代硅基太阳能电池统治地位的观点为大家所公认。其中在硅和其它光电材料上沉积钙钛矿层的方法再次获得转化效率的新突破,能阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的主要问题就是稳定性的提高,科学家们也正在全力以赴的寻找解决方法。


  北京理工大学教授陈棋就是其中的一位,他曾是钙钛矿电池转化效率的最高值的缔造者之一。去年2月,陈棋作为“青年千人计划”专家回国,来到北京理工大学任教,继续从事相关领域的研究。临近春节,陈棋向记者介绍了这项让人充满期待的研究。

  曾经创下效率之最

  “这种结构是ABX3的形式,每个角共享一个BX6正八面体……”陈棋向记者描述,边说边用手比划,仿佛我们之间有一个巨大的模型。

  “你知道有意思的地方是什么吗?它是一个三元组份的材料,在ABX每个位置上都有三种元素可以选择,不像晶硅,只有P型硅或N型硅,所以说这个材料有无限的操控的空间,这种结构的材料有着无限的可能性……”

  陈棋讲得很详细,但仍难让外行如记者get到他的点,直到他说出一组数据,记者才随着他的分析对这种电池技术充满期待。荒原上,沙漠中,大家印象中的太阳能电池板,通常都是用晶体硅材料制成。从上世纪50年代贝尔实验室做出第一块电池至今,六七十年间,单节晶硅电池转换效率最高也达到26%。而类似钙钛矿结构的材料从2009年首次用于光伏技术,短短六七年时间,实验室效率就已经从3%提高到22%!

  其中,2014年8月,来自美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)杨阳的研究团队,在《科学》期刊发文称,他们钙钛矿太阳能电池的转换效率最高达到19.3%,一度创下该领域之最。陈棋就是当时这支团队的主力。

  2007年,清华大学化学系硕士毕业的陈棋,来到了UCLA材料科学与工程系读博,取得学位后就在以博士后身份在UCLA加州纳米研究中心从事薄膜太阳能电池研究。

  “我们仅用了将近一年的时间,就把转化效率就从15%提高到19.3%。”陈棋说,团队并没有找第三方认证申请世界纪录,但发表了相关论文。这就牵出这项技术还没解决的问题之一,稳定性。“晶硅电池很稳定,理论上要求20年衰减不超过20%。而2009年第一块钙钛矿太阳能电池的寿命只有3分钟,发展到现在的话在85度高温和85%湿度的情况下,寿命也仅为五百小时。这还远远不够,如果钙钛矿电池要与晶硅电池竞争,甚至去替代它,稳定性是一个必须突破的问题。”当然,转化效率的提升也是必须要解决的问题,这毕竟是核心指标。提高效率,降低成本,不断叩问着光伏产业的发展。

  这也是为什么,现在每年光伏产业产能的93%都选择了晶硅电池,但是越来越的人投入到钙钛矿电池的研究中来。

  关注增量,而非存量

  2016年2月,陈棋作为“青年千人计划”专家回国,来到北京理工大学。在学校看来,他的研究方向是学校现有研究的补充,或者说是一个新的“增长点”。

  近一年来,陈棋一直处于筹建实验室的状态,“做光伏太阳能电池材料科学研究,对基础设备要求比较多,由于北理工做光伏材料还未集群效应,很多东西得自己筹建。”虽然自己的团队还未搭建完毕,但是电池技术的研究却从停止,“也就是取得了一些小的工业上的突破”:陈棋与北京大学相关团队合作,目前所做的电池效率已经突破20%,“这一数据在国内还算比较好”。

  面对热闹的“双创”大潮,以及高校教师兼职兼薪政策的推出,陈棋十分清醒,他认为这项技术的产业化推广有机会,但目前技术本身还没有一个成型的模式,所有人都在最前沿摸索,探索这类材料到底该怎么应用。“我本人也是想做这样一个探索者,探索商业模式也好,探索技术的产业化之路也好。因为我一直觉得,现在知识爆炸、信息量爆表的时代,我们更多地去创造,去关注‘增量’上的事情,而不是‘存量’上的事情。如果这个新技术有很多无穷的增长点,干嘛不去做一个探索者,把这些增长点去摸索出来呢?”

  除了带博士硕士,陈棋在过去的这个学期开了一门实验课,内容就是太阳能电池,下个学期,他要开一门清洁能源的课。陈棋希望,这是一门开给本科生的公选课,理工科和文科的学生都能选,“我想把清洁能源这个行业给大家梳理一下,更多还是从技术的角度,当然太阳能可能会强调比较多一些。”        

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