如果想把食物保存得更久，我們往往會(huì)把它做成罐頭，其實(shí)陽光也可以。
從上個(gè)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(bào)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(chǔ)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(huì)被輸送到儲(chǔ)存裝置中，供后續(xù)使用，因此太陽能電池可以看成是一個(gè)“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?jiǎng)?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(gè)小時(shí)，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(gè)小時(shí)，性能就會(huì)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(shí)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(gè)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(duì)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。“這項(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。”陳永華說。
然而，取得這項(xiàng)成果的過程是相當(dāng)曲折的。“我從研究生一年級(jí)就開展了相關(guān)研究，直到研究生畢業(yè)成果都還沒有發(fā)表。”現(xiàn)正在西北工業(yè)大學(xué)讀博士一年級(jí)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(shí)候。“我們的研究成果需要送到北京的中國計(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(cè)得都很成功，但到了北京就是測(cè)不出來了。”晁凌鋒知道，世界上還有很多優(yōu)秀的課題組在攻關(guān)這個(gè)穩(wěn)定性的問題，如果自己的成果不能最先發(fā)表，就會(huì)失去價(jià)值。問題出在了檢測(cè)設(shè)備的連接環(huán)節(jié)，為了解決這個(gè)問題，在3個(gè)月的時(shí)間里，他往北京跑了多次，兩度推翻重建檢測(cè)連接設(shè)計(jì)，但一直走不出科學(xué)的迷宮，“同時(shí)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(cè)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(jìng)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(lì)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(gè)春天奪得了勝利果實(shí)。這一成果的發(fā)表不僅是對(duì)他意義重大，他說：“我看到了這項(xiàng)研究對(duì)世界能源領(lǐng)域的價(jià)值，所以才會(huì)一直堅(jiān)持。”登上頂級(jí)期刊之后，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(lì)更多人投身太陽能領(lǐng)域，這樣我們的未來才會(huì)更好”。
