1月8日，達(dá)摩院青橙學(xué)者分享會在浙江大學(xué)舉行，蘇俊、陳孝鈿、楊宗銀等15名全國高校青年科學(xué)家登臺，從潘云鶴、邵峰、楊樹鋒等院士手里領(lǐng)過青橙獎，獲得“青橙學(xué)者”桂冠和阿里公益支持的100萬元獎金。
此次青橙獎獲獎?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能電池的效率與穩(wěn)定性，為推動鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
王睿通過對鈣鈦礦缺陷態(tài)物理進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，設(shè)計一系列晶界及表面材料改善缺陷并大幅提高鈣鈦礦太陽能電池的長期穩(wěn)定性，曾兩度打破有機(jī)太陽能電池的世界轉(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150攝氏度，烤10分鐘，就能形成可發(fā)電的太陽能電池薄膜。這種薄膜電池未來可能作為新能源汽車的車衣。” 王睿在會議上分享到。
2009年，鈣鈦礦太陽能電池問世，這種新型材料在當(dāng)時的轉(zhuǎn)化效率僅有3%，學(xué)術(shù)界對其上限的預(yù)估遠(yuǎn)高于晶硅電池，但材料的弱點是不穩(wěn)定。
“它本身的內(nèi)部離子遷移，實際上是一把雙刃劍。”王睿表示，克服鈣鈦礦材料的不穩(wěn)定性是研究中的難點。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，后來也就延長到幾天。
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)這個結(jié)構(gòu)上有兩個官能團(tuán)，正巧與團(tuán)隊此前研究發(fā)現(xiàn)能控制鈣鈦礦結(jié)晶、使材料生長更好的官能團(tuán)一樣。在將咖啡因添加到鈣鈦礦太陽能電池中后，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小時的新記錄。這一成果登陸Science雜志，并向業(yè)內(nèi)發(fā)出信號：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)展的推動力是降本增效，而鈣鈦礦太陽能電池相比于傳統(tǒng)晶硅電池有極大優(yōu)勢。晶硅電池的成本受硅材料價格的影響很大，而鈣鈦礦材料儲量豐富，價格低廉，還能廣泛由人工合成，不受原材料限制。生產(chǎn)流程上，晶硅電池需要多個環(huán)節(jié)，硅料、硅片、電池、組件四個環(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，資本市場對鈣鈦礦早已聞風(fēng)而動。2023年11月，比亞迪（002594）（SZ：002594）在投資者關(guān)系活動發(fā)布中介紹旗下光伏業(yè)務(wù)時，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)行了鈣鈦礦光伏項目啟動儀式，這家面板龍頭正式進(jìn)軍光伏領(lǐng)域。
據(jù)華夏能源網(wǎng)報道，在比亞迪之前，長城汽車（601633）、豐田等車企也已經(jīng)在鈣鈦礦方向有所動作。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，長城汽車董事長魏建軍通過控股公司穩(wěn)晟科技有限公司持有極電光能62.0334%的股權(quán)。
