文／徐　飛

　　近年來，碳達(dá)峰與碳中和成為全網(wǎng)熱詞。這是中國基于推動構(gòu)建人類命運共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求做出的重大戰(zhàn)略決策。太陽能作為可再生能源，其自身擁有的性能一直備受關(guān)注。

　　在太陽能的有效利用中，太陽能光電利用是近年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。硅是太陽能電池最理想的基礎(chǔ)材料，但隨著新材料的發(fā)展，以其他材料為基礎(chǔ)的太陽能電池也愈來愈顯示出廣闊的前景。鈣鈦礦材料因具有優(yōu)異的半導(dǎo)體特性，且成本低、效率高、原材料豐富、可柔性化等優(yōu)點使得鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）成為高效太陽能電池的領(lǐng)跑者，被認(rèn)為是最有望突破現(xiàn)有光伏技術(shù)瓶頸的變革性技術(shù)之一。

　　近年來，在中國光學(xué)界出現(xiàn)的重大應(yīng)用研究成果中，對于鈣鈦礦材料的研究成果所占比重較大，其進(jìn)展具有顯著意義，使得中國在這一專業(yè)科研領(lǐng)域能夠保持優(yōu)勢地位。

　　這當(dāng)中也包含了大連理工大學(xué)物理學(xué)院副教授王敏煥所作的貢獻(xiàn)。自2014 年起，她一直聚焦于鈣鈦礦太陽能電池的界面調(diào)控、維度調(diào)控和結(jié)晶調(diào)控穩(wěn)定性機制等方面研究，研發(fā)了最高效率25.2% 的PSCs 器件。

　　精確調(diào)控 實現(xiàn)較高效率

　　穩(wěn)定性差是實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池大規(guī)模應(yīng)用的嚴(yán)重阻礙之一。針對此問題，王敏煥通過調(diào)節(jié)反溶劑滴加時間來調(diào)控鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸，成功實現(xiàn)了器件效率和穩(wěn)定性的雙提升，并揭示了鈣鈦礦薄膜的成膜物理化學(xué)過程，為實現(xiàn)鈣鈦礦電池器件的長期穩(wěn)定高效性能提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。隨后，她通過原位反溶劑法引入鈍化層和共鈍化的協(xié)同策略，成功實現(xiàn)了對缺陷的精準(zhǔn)鈍化，為未來新型界面修飾層的設(shè)計和應(yīng)用開拓了新思路。

　　緊接著，王敏煥通過模擬和實驗相結(jié)合系統(tǒng)，闡明了鈍化劑分子的結(jié)構(gòu)及官能團類型與鈣鈦礦薄膜中缺陷之間相互作用的機制，初步建立了聚合物鈍化劑的選擇與使用指導(dǎo)方針，為未來高性能鈣鈦礦太陽能電池器件的發(fā)展奠定了理論與實踐基礎(chǔ)。從科學(xué)角度來說，王敏煥證明了當(dāng)聚合物鈍化劑含有酯基C=O 雙鍵時對鈣鈦礦表面缺陷的鈍化效果最好。該鈍化劑可以使得鈣鈦礦太陽電池的效率提高到23% 以上，未封裝條件下存儲2000h 后仍可保持初始效率的 99.8%，回滯指數(shù)降至0.018。

　　此外，王敏煥探索了吸光層結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)分析其降解機制并建立穩(wěn)定的器件結(jié)構(gòu)是當(dāng)務(wù)之急。她通過引入還原性有機夾層，構(gòu)建了半透明新型光伏器件，成功提高了器件的效率和穩(wěn)定性，實現(xiàn)了光伏與光合作用功能集成。這項工作獲得了2022 光電轉(zhuǎn)換與太陽能電池材料發(fā)展論壇的科學(xué)探索獎（邀請報告），有望在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)前瞻應(yīng)用。

　　精益求精 再攀高峰

　　就像絕大多數(shù)的學(xué)界人士一樣，王敏煥帶著盎然興致和昂然斗志，一頭扎進(jìn)了學(xué)術(shù)的浩瀚海洋當(dāng)中。她以專業(yè)第一名的成績考入大連理工大學(xué)，并于2018 年10 月獲國家留學(xué)基金委（CSC）資助公派名額，先后赴美國加州大學(xué)洛杉磯分校和韓國成均館大學(xué)學(xué)習(xí)，獲得了聯(lián)合培養(yǎng)的機會。

　　王敏煥一直慶幸自己得遇良師。在美國加州大學(xué)洛杉磯分校，她遇到了德高望重的導(dǎo)師Yang Yang 教授。Yang Yang教授入選了2021 年度歐洲科學(xué)院院士，為湯森路透評選出的世界上最具影響力的科學(xué)家之一。在韓國成均館大學(xué)，她又遇到了良師益友Nam-Gyu Park 教授。Nam-Gyu Park 教授是首個全固態(tài)鈣鈦礦太陽電池締造者，為科睿唯安網(wǎng)站預(yù)測的諾貝爾獎熱門人選之一。

　　即使歸國后自己能夠提出系列原創(chuàng)性解決方案并得到同行高度認(rèn)可，王敏煥也依然與自己的恩師們保持緊密的科研聯(lián)系，針對鈣鈦礦太陽電池領(lǐng)域關(guān)鍵共性科學(xué)難題，與導(dǎo)師們進(jìn)行著學(xué)術(shù)靈感碰撞，并擦出靈感的火花。

　　目前，王敏煥在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域里始終如一，充分發(fā)揮主觀能動性，向著自我設(shè)定的學(xué)術(shù)目標(biāo)邁進(jìn)。她希望解決影響鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性提升的關(guān)鍵科學(xué)問題，研發(fā)出高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池，為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展引入全新的器件結(jié)構(gòu)和變革性技術(shù)理念。同時，她希望可以形成有核心專利的自主知識產(chǎn)權(quán)，為新型鈣鈦礦材料在能源高效利用方面提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

　　王敏煥正在采用理論、實驗和模擬相結(jié)合的工作方式，結(jié)合前期的學(xué)術(shù)積累和工作經(jīng)驗，解決鈣鈦礦吸光層缺陷引起的鈣鈦礦太陽能電池器件穩(wěn)定性問題，鈣鈦礦薄膜質(zhì)量差、晶體取向雜亂引起的吸光層分解和離子遷移問題。

　　具體而言，她希望從能帶理論和載流子動力學(xué)角度來探究鈍化劑對鈣鈦礦薄膜中缺陷的鈍化機制，發(fā)展一種具有普適性的缺陷鈍化理論來實現(xiàn)精準(zhǔn)鈍化，建立完整的鈍化劑選取原則和使用指導(dǎo)方針。并且，她將基于晶體生長學(xué)理論，闡明鈣鈦礦成核的動力學(xué)過程，實現(xiàn)晶體的均質(zhì)生長和定向組裝，獲得高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。

　　最終，王敏煥通過構(gòu)筑高性能鈣鈦礦太陽能電池，使得器件光電轉(zhuǎn)換效率超過26%，標(biāo)準(zhǔn)太陽光照條件下最大功率點追蹤運行10000h 保持初始效率90% 以上。

　　中國向全世界公布了自己的“雙碳”目標(biāo)，希望通過綠色發(fā)展順利實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展轉(zhuǎn)型，促進(jìn)整個社會可持續(xù)發(fā)展，為全人類文明進(jìn)步做出貢獻(xiàn)，這也是為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興必然選擇的經(jīng)濟發(fā)展路徑。

　　在華夏兒女爭相建功立業(yè)的新時代，王敏煥的科研真功夫有了用武之地。她將自己的學(xué)術(shù)理想、人生夢想融入中國夢，在她的人生舞臺上發(fā)光發(fā)亮！

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