姜瑩

作為一種新型可再生能源，太陽(yáng)能憑借的無(wú)污染、儲(chǔ)量豐富、不受地域限制等優(yōu)勢(shì)，受到科學(xué)家的青睞。充分利用太陽(yáng)能，成為很多科學(xué)家的夢(mèng)想。

1953年，Bell實(shí)驗(yàn)室成功研制出單晶硅太陽(yáng)能電池，揭開(kāi)了人類(lèi)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能使用的歷史。

但苛刻的制作工藝造成其生產(chǎn)成本高昂，同時(shí)，其生產(chǎn)過(guò)程中能耗太大，與環(huán)保要求不符。直到今天，這些問(wèn)題仍未得到很好的解決，直接影響到了廣泛民用。

1991年，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的瑞士化學(xué)家邁克爾·格拉特茲勒（Michael Gr?tzel）教授報(bào)道了一種光電轉(zhuǎn)換效率7%的新型低成本太陽(yáng)能電池——染料敏化太陽(yáng)電池。

因?yàn)橹谱鞴に嚭?jiǎn)單，成本相對(duì)低廉，且使用壽命長(zhǎng)，染料敏化太陽(yáng)能電池被看作最有希望大規(guī)模利用太陽(yáng)能的可行路徑，特別在近年得到了廣泛的研究和關(guān)注。

楊希川，大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授、大連七色光太陽(yáng)能科技開(kāi)發(fā)有限公司董事長(zhǎng)，我國(guó)染料敏化太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域的杰出代表，長(zhǎng)期致力于該領(lǐng)域的基礎(chǔ)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，已經(jīng)卓有成效。

事實(shí)上，楊希川一開(kāi)始并不是做太陽(yáng)能電池研究的。

1984年，楊希川畢業(yè)于大連工學(xué)院化工系染料及中間體專(zhuān)業(yè)，3年后獲得該校精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位。2002年，他拿到大連理工大學(xué)博士學(xué)位，專(zhuān)業(yè)是應(yīng)用化學(xué)。

在這期間，楊希川主要從事染料新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作，他領(lǐng)導(dǎo)了20多個(gè)化工新產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，其中多個(gè)產(chǎn)品及技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

而他本人，也在多年的工作中積累了豐富的科研和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但化工行業(yè)污水治理不到位的問(wèn)題始終困擾著他?！翱粗鞣N顏色的廢水排到大江大河，盡管不是自己的問(wèn)題，還是覺(jué)得心疼和愧疚，覺(jué)得應(yīng)該做些改善環(huán)境的工作?！睏钕４ㄕf(shuō)。

從化工染料生產(chǎn)，到染料敏化太陽(yáng)能電池研究，兩者之間的聯(lián)系是染料。在跨進(jìn)新世紀(jì)的時(shí)候，楊希川接觸到了染料敏化太陽(yáng)能電池研究，“熱情一下就來(lái)了”，新世界的大門(mén)從此開(kāi)啟。

2002年到2004年，他遠(yuǎn)赴瑞典斯德哥爾摩大學(xué)進(jìn)行博士后研究，在這其間他學(xué)習(xí)并掌握了染料敏化太陽(yáng)能電池這一領(lǐng)域的世界前沿技術(shù)?；貒?guó)后，他便一頭扎進(jìn)這一領(lǐng)域，全心鉆研。

楊希川介紹，染料敏化太陽(yáng)能電池的全稱(chēng)為“染料敏化納米薄膜太陽(yáng)能電池”，它是模擬自然界中光合作用的光反應(yīng)。采用吸附染料的納米多孔二氧化鈦半導(dǎo)體膜作為光陽(yáng)極，并選用適當(dāng)?shù)难趸?還原電解質(zhì)，用鍍鉑的導(dǎo)電玻璃作為光陰極，一個(gè)簡(jiǎn)單的染料敏化太陽(yáng)能電池就做好了。只要太陽(yáng)光一照到電池上，它就開(kāi)始源源不斷地發(fā)電了。

相比于現(xiàn)在主流的硅基太陽(yáng)能電池，染料敏化太陽(yáng)能電池以納米二氧化鈦、有機(jī)光敏染料和導(dǎo)電玻璃等為主要原料，廉價(jià)易得；無(wú)須超高溫、超高真空、超高純的生產(chǎn)過(guò)程，可在常規(guī)條件下生產(chǎn)和組裝，這些都使得其生產(chǎn)成本大幅降低。

同時(shí)，它的生產(chǎn)過(guò)程不需要大量能源，原材料和生產(chǎn)工藝都是無(wú)毒、無(wú)污染的，不產(chǎn)生有污染物質(zhì)，且部分材料可回收利用，對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境有重要的意義。

從名字中我們就可以看出，光敏染料是這種電池的核心部分。事實(shí)也確實(shí)如此，光敏染料在染料敏化太陽(yáng)能電池工作中發(fā)揮光電轉(zhuǎn)換功能，是獲得高光電轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)壽命的決定因素之一。世界各地的科學(xué)家都在為獲得更高的轉(zhuǎn)化率而努力。

楊希川的研究就是從光敏染料開(kāi)始的。立足于博士后研究階段的研究積累，相關(guān)進(jìn)展很快。

2004年初，楊希川帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)合成了首個(gè)四氫喹啉有機(jī)光敏染料；

2005年11月，小面積電池組裝取得突破；

2006年，測(cè)試條件完善，楊希川開(kāi)發(fā)了一批新型有機(jī)光敏染料，并申請(qǐng)了首項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利。

2007年1月，以所擁有的新型有機(jī)光敏染料為核心技術(shù)，楊希川創(chuàng)立大連七色光太陽(yáng)能科技開(kāi)發(fā)有限公司，致力于第三代太陽(yáng)能電池材料和儀器的基礎(chǔ)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣。

面向?qū)嶒?yàn)室和面向市場(chǎng)完全不同，楊希川在創(chuàng)業(yè)的過(guò)程中充分體會(huì)到了這一點(diǎn)。資金問(wèn)題、人才問(wèn)題、資源問(wèn)題，各種問(wèn)題接踵而至。楊希川和七色光在重重壓力下，緩慢前行。

他們已經(jīng)在艱苦地攻關(guān)過(guò)程中，將染料敏化太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率提升到11.5%，并做出了400mm乘以400mm的單板太陽(yáng)能電池，至今已運(yùn)行五年還在穩(wěn)定工作，為大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

在做好科研的同時(shí)，他們積極爭(zhēng)取國(guó)家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金等相關(guān)政策的支持；打造了知識(shí)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，與著名理工高校建立長(zhǎng)期伙伴關(guān)系，保證人才供給；他們還積極加強(qiáng)與國(guó)外大公司的聯(lián)系，并于2013年8月與瑞典Dyenamo AB公司正式達(dá)成戰(zhàn)略合作關(guān)系，成為其在中國(guó)的獨(dú)家代理商。

楊希川十分清楚，當(dāng)面向市場(chǎng)的時(shí)候，成本變得尤為重要。如何在可接受的成本下，提高光電轉(zhuǎn)化效率成為關(guān)鍵。

楊希川介紹，目前染料敏化太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化遇到的最大困難，就是光電轉(zhuǎn)化效率不夠高。據(jù)了解，目前有報(bào)道的染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率在實(shí)驗(yàn)室最高能到13%，但在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中能做到10%都非常困難。

此外，這一電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還面臨另一難題，即電池電解質(zhì)的密封問(wèn)題?！八碾娊赓|(zhì)是液體的，要密封或長(zhǎng)時(shí)間使用都比較困難。從目前的情況來(lái)看，將來(lái)比較大的可能是發(fā)展固態(tài)的染料敏化太陽(yáng)電池?！蹦壳八I(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)也在朝著固態(tài)染料敏化太陽(yáng)電池的方向做研究積累，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)7%-8%的光電轉(zhuǎn)化效率。

在做好固有工作的同時(shí)，楊希川也在緊跟科研熱點(diǎn)，拓展七色光科技的研究領(lǐng)域。

2014年，七色光科技推出專(zhuān)門(mén)針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的專(zhuān)用材料。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，是以鈣鈦礦型化合物為吸光材料的薄膜太陽(yáng)能電池，是繼染料敏化、量子點(diǎn)敏化之后的又一基于納米半導(dǎo)體材料的新型太陽(yáng)能電池。它與染料敏化太陽(yáng)能電池有很多相通之處，它的優(yōu)勢(shì)除了制作簡(jiǎn)單、成本低之外，還有光電轉(zhuǎn)化效率非常高。

得益于鈣鈦礦性化合物獨(dú)特的光電性能，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，短短幾年時(shí)間，轉(zhuǎn)換率已經(jīng)達(dá)到22%左右。它的主要問(wèn)題在于，穩(wěn)定性不夠，這是目前楊希川和其他課題組都在竭力攻克的難題。

現(xiàn)階段，楊希川的主要精力在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做更大力度的基礎(chǔ)研發(fā)，希望能夠在染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性提升方面取得突破，以基礎(chǔ)研究突破推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)步，以期在與傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)中具備更大的優(yōu)勢(shì)。

“新型光伏、創(chuàng)造希望、實(shí)業(yè)報(bào)國(guó)、共同成長(zhǎng)?！弊裱@一使命，楊希川和七色光在領(lǐng)導(dǎo)和朋友的支持下走到了今天，盡管困難不斷，但他們從未停下前進(jìn)的腳步。楊希川說(shuō)他們會(huì)繼續(xù)拼搏，為了最初的目標(biāo)。他也希望能夠得到國(guó)家相關(guān)部門(mén)的大力支持，希望有更多志同道合者加入進(jìn)來(lái)，共同為中國(guó)第三代太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。