1月8日，達(dá)摩院青橙學(xué)者分享會(huì)在浙江大學(xué)舉行，蘇俊、陳孝鈿、楊宗銀等15名全國(guó)高校青年科學(xué)家登臺(tái)，從潘云鶴、邵峰、楊樹鋒等院士手里領(lǐng)過(guò)青橙獎(jiǎng)，獲得“青橙學(xué)者”桂冠和阿里公益支持的100萬(wàn)元獎(jiǎng)金。
此次青橙獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咧?mdash;—西湖大學(xué)工學(xué)院研究員王睿，其研究成果大幅提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率與穩(wěn)定性，為推動(dòng)鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
王睿通過(guò)對(duì)鈣鈦礦缺陷態(tài)物理進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，設(shè)計(jì)一系列晶界及表面材料改善缺陷并大幅提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，曾兩度打破有機(jī)太陽(yáng)能電池的世界轉(zhuǎn)換效率最高紀(jì)錄。其研究成果發(fā)表Nature正刊2篇，Science正刊2篇。
“鈣鈦礦材料的吸光性能是硅的100倍左右，想吸收同樣的太陽(yáng)光，只需要硅厚度的1%，大大節(jié)省材料成本。更重要的是，全程的制備溫度不超過(guò)150攝氏度，烤10分鐘，就能形成可發(fā)電的太陽(yáng)能電池薄膜。這種薄膜電池未來(lái)可能作為新能源汽車的車衣。” 王睿在會(huì)議上分享到。
2009年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池問(wèn)世，這種新型材料在當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)化效率僅有3%，學(xué)術(shù)界對(duì)其上限的預(yù)估遠(yuǎn)高于晶硅電池，但材料的弱點(diǎn)是不穩(wěn)定。
“它本身的內(nèi)部離子遷移，實(shí)際上是一把雙刃劍。”王睿表示，克服鈣鈦礦材料的不穩(wěn)定性是研究中的難點(diǎn)。在光照下極為活潑的鈣鈦礦，很容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的崩塌，這也是鈣鈦礦至今沒(méi)有走到大規(guī)模應(yīng)用的原因，它的使用壽命很短，一開始只能使用幾小時(shí)，后來(lái)也就延長(zhǎng)到幾天。
2018年，正在喝咖啡的王睿突發(fā)奇想查閱了咖啡因的結(jié)構(gòu)，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)官能團(tuán)，正巧與團(tuán)隊(duì)此前研究發(fā)現(xiàn)能控制鈣鈦礦結(jié)晶、使材料生長(zhǎng)更好的官能團(tuán)一樣。在將咖啡因添加到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中后，電池的輸出功率居然真的大大提高。這一喝咖啡喝出的發(fā)現(xiàn)，被《Joule》收錄。
2019年，王睿再次從2種飲料——茶堿和可可堿中找到了鈣鈦礦表面缺陷的修復(fù)方法。在茶堿的加持下，鈣鈦礦電池創(chuàng)造了連續(xù)工作500小時(shí)的新記錄。這一成果登陸Science雜志，并向業(yè)內(nèi)發(fā)出信號(hào)：提升電池穩(wěn)定性，研究表面缺陷是非常重要的。
光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力是降本增效，而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比于傳統(tǒng)晶硅電池有極大優(yōu)勢(shì)。晶硅電池的成本受硅材料價(jià)格的影響很大，而鈣鈦礦材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，還能廣泛由人工合成，不受原材料限制。生產(chǎn)流程上，晶硅電池需要多個(gè)環(huán)節(jié)，硅料、硅片、電池、組件四個(gè)環(huán)節(jié)需要在不同廠家流轉(zhuǎn)；而鈣鈦礦電池可以在一家工廠內(nèi)完成全部生產(chǎn)過(guò)程，從原料到組件，45分鐘能走完全部流程。
鈣鈦礦電池可以應(yīng)用于車載光伏發(fā)電系統(tǒng)上，資本市場(chǎng)對(duì)鈣鈦礦早已聞風(fēng)而動(dòng)。2023年11月，比亞迪（002594）（SZ：002594）在投資者關(guān)系活動(dòng)發(fā)布中介紹旗下光伏業(yè)務(wù)時(shí)，提到"比亞迪已積極布局了鈣鈦礦電池技術(shù)"。同月，京東方進(jìn)行了鈣鈦礦光伏項(xiàng)目啟動(dòng)儀式，這家面板龍頭正式進(jìn)軍光伏領(lǐng)域。
據(jù)華夏能源網(wǎng)報(bào)道，在比亞迪之前，長(zhǎng)城汽車（601633）、豐田等車企也已經(jīng)在鈣鈦礦方向有所動(dòng)作。豐田于2023年6月宣布，將與日本初創(chuàng)企業(yè)Enecoat Technologies共同研發(fā)鈣鈦礦型光伏電池；長(zhǎng)城汽車（SH：601633）則在更早之前的2020年，就成立了鈣鈦礦公司極電光能，長(zhǎng)城汽車董事長(zhǎng)魏建軍通過(guò)控股公司穩(wěn)晟科技有限公司持有極電光能62.0334%的股權(quán)。
