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钙钛矿电池:你离诺贝尔奖到底有多远?

光伏电池组件  来源:PV兔子  作者:欧阳子  2017/10/9 9:08:58  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯: 为什么当红炸子鸡却中不了奖?

2017年诺贝尔化学奖今天尘埃落定,“跨界”颁发给了发明冷冻电子显微镜技术的科学家,也算是爆了一个小小的冷门。时钟拨回一个星期前,各路预测机构纷纷搬出诺贝尔花落谁家的预言,而广大吃瓜群众也忙于看热闹。作为预测机构中的佼佼者,汤姆森-路透更是抛出号称“诺奖风向标”的杀手锏“引文桂冠奖”(Thomson Reuters Citation Laureates),评选出几大热门。预测榜单刚一出炉,光伏人就炸开了锅,原来发现钙钛矿材料和发明钙钛矿太阳能电池的日本人宫坂力(Tsutomu Miyasaka)、韩国人朴南圭(Nam-Gyu Park)以及英国人亨利-斯内斯(Henry Snaith)赫然上榜,俨然一股舍我其谁的气势。特别是横跨牛津-剑桥的学者Henry Snaith,更是光伏学界的一哥当红炸子鸡(见兔子之前发表的Snaith教授在澳大利亚新南威尔士大学光伏学院做的报告视频)。当然,最后还是落了空,冷冻镜还是比钙钛矿电池,在目前,更受青睐。

(诺贝尔和Henry Snaith教授)

所以数来数去,光伏太阳能电池领域依然没有一个诺奖出世。兔子认为,这不能怪广大光伏从业者不努力,只能怪太阳能电池的基石——半导体理论,已经被科学家玩透了,所以诺奖(主要是物理奖)也早拿光了 。比如Shockley在1956年因为发展p-n理论得了诺奖之后,1961年玩票顺便推导出光伏转换效率的极限,就被奉为了光伏届的圣经经典。缺乏重大的理论原创,是光伏领域的先天不足。

然而要知道诺奖一贯的风格,不是仅仅是往后看看谁的既有贡献大,而更是向前找热点难点,引导学界前仆后继去干诺奖评审们认为重要的事情(比如石墨烯)。从这个角度讲,能源作为人类最重大的问题之一,在诺奖的天平上,应该会比别的课题更为趁手。在这个既定假设条件下,如果非要在太阳能领域强选一个诺贝尔奖,会是谁?兔子认为,当然最有可能的就是钙钛矿电池拿下诺贝尔化学奖。从创新的角度,钙钛矿电池是够格的。

但是今年并没有选上,这个结果兔子和大多数人一样,认为毫不意外。选上了才奇了怪了。这个理由,跟Graetzel目前还不会因为DSSC电池,Fujishima不会因为光催化得奖的道理一样——这种直接面向产业的应用科学领域,没有见到大规模应用,诺奖是不会掉到头上的。试想,万一得了奖却不能大规模应用从而造福于人类的话,诺贝尔的脸往哪放?

钙钛矿电池是什么神奇的存在?

并不是有钙和钛存在的矿才叫钙钛矿,事实上,“有机-无机金属卤化物钙钛矿“(CH3NH3PbI3,简写为MAPbI3)里面既没有”钙“也没有”钛“,只是因为它具有ABX3这种晶体结构,而这种结构是首先在CaTiO3这种钙钛矿物质上被发现的而已。这种神奇的物质好处多多, 便宜、 可溶液法制备适合于大规模量产、非真空制备、非辐射复合少所以开压高、带宽可调、可以用于硅基叠层电池的顶层等等。别的不用多说,就讲发明这种物质短短的几年时间,转换效率迅速飙升到20%,就已经表明了一切。

(Green, Nature, 2014)

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