楊希川：欲攬七色光華

姜瑩

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

1953年，Bell實驗室成功研制出單晶硅太陽能電池，揭開了人類將太陽能轉(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，其生產(chǎn)過程中能耗太大，與環(huán)保要求不符。直到今天，這些問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）教授報道了一種光電轉(zhuǎn)換效率7%的新型低成本太陽能電池——染料敏化太陽電池。

因為制作工藝簡單，成本相對低廉，且使用壽命長，染料敏化太陽能電池被看作最有希望大規(guī)模利用太陽能的可行路徑，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)化工國家重點實驗室副教授、大連七色光太陽能科技開發(fā)有限公司董事長，我國染料敏化太陽能電池研究領(lǐng)域的杰出代表，長期致力于該領(lǐng)域的基礎(chǔ)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究，已經(jīng)卓有成效。

事實上，楊希川一開始并不是做太陽能電池研究的。

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業(yè)，3年后獲得該校精細(xì)化工專業(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)品的開發(fā)工作，他領(lǐng)導(dǎo)了20多個化工新產(chǎn)品從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)項目，其中多個產(chǎn)品及技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，填補了國內(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)實踐經(jīng)驗，但化工行業(yè)污水治理不到位的問題始終困擾著他?！翱粗鞣N顏色的廢水排到大江大河，盡管不是自己的問題，還是覺得心疼和愧疚，覺得應(yīng)該做些改善環(huán)境的工作?！睏钕４ㄕf。

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

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能電池這一領(lǐng)域的世界前沿技術(shù)?；貒?，他便一頭扎進(jìn)這一領(lǐng)域，全心鉆研。

楊希川介紹，染料敏化太陽能電池的全稱為“染料敏化納米薄膜太陽能電池”，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，一個簡單的染料敏化太陽能電池就做好了。只要太陽光一照到電池上，它就開始源源不斷地發(fā)電了。

相比于現(xiàn)在主流的硅基太陽能電池，染料敏化太陽能電池以納米二氧化鈦、有機光敏染料和導(dǎo)電玻璃等為主要原料，廉價易得；無須超高溫、超高真空、超高純的生產(chǎn)過程，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，它的生產(chǎn)過程不需要大量能源，原材料和生產(chǎn)工藝都是無毒、無污染的，不產(chǎn)生有污染物質(zhì)，且部分材料可回收利用，對節(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。事實也確實如此，光敏染料在染料敏化太陽能電池工作中發(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)隊合成了首個四氫喹啉有機光敏染料；

2005年11月，小面積電池組裝取得突破；

2006年，測試條件完善，楊希川開發(fā)了一批新型有機光敏染料，并申請了首項中國專利。

2007年1月，以所擁有的新型有機光敏染料為核心技術(shù)，楊希川創(chuàng)立大連七色光太陽能科技開發(fā)有限公司，致力于第三代太陽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)嶒炇液兔嫦蚴袌鐾耆煌?，楊希川在?chuàng)業(yè)的過程中充分體會到了這一點。資金問題、人才問題、資源問題，各種問題接踵而至。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)過程中，將染料敏化太陽能電池的實驗室光電轉(zhuǎn)換效率提升到11.5%，并做出了400mm乘以400mm的單板太陽能電池，至今已運行五年還在穩(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，他們積極爭取國家科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金等相關(guān)政策的支持；打造了知識結(jié)構(gòu)互補的研發(fā)團(tuán)隊，與著名理工高校建立長期伙伴關(guān)系，保證人才供給；他們還積極加強與國外大公司的聯(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，成為其在中國的獨家代理商。

楊希川十分清楚，當(dāng)面向市場的時候，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，目前有報道的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率在實驗室最高能到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)的密封問題?！八碾娊赓|(zhì)是液體的，要密封或長時間使用都比較困難。從目前的情況來看，將來比較大的可能是發(fā)展固態(tài)的染料敏化太陽電池?！蹦壳八I(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊也在朝著固態(tài)染料敏化太陽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，楊希川也在緊跟科研熱點，拓展七色光科技的研究領(lǐng)域。

2014年，七色光科技推出專門針對鈣鈦礦太陽能電池的專用材料。

鈣鈦礦太陽能電池，是以鈣鈦礦型化合物為吸光材料的薄膜太陽能電池，是繼染料敏化、量子點敏化之后的又一基于納米半導(dǎo)體材料的新型太陽能電池。它與染料敏化太陽能電池有很多相通之處，它的優(yōu)勢除了制作簡單、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特的光電性能，鈣鈦礦太陽能電池具有優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率，短短幾年時間，轉(zhuǎn)換率已經(jīng)達(dá)到22%左右。它的主要問題在于，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)隊做更大力度的基礎(chǔ)研發(fā)，希望能夠在染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高、鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提升方面取得突破，以基礎(chǔ)研究突破推動產(chǎn)業(yè)化研究進(jìn)步，以期在與傳統(tǒng)硅基太陽能電池競爭中具備更大的優(yōu)勢。

“新型光伏、創(chuàng)造希望、實業(yè)報國、共同成長?！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。楊希川說他們會繼續(xù)拼搏，為了最初的目標(biāo)。他也希望能夠得到國家相關(guān)部門的大力支持，希望有更多志同道合者加入進(jìn)來，共同為中國第三代太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。