新型太阳能电池的探索之路

陈浩

科技发展日新月异的今天，环境污染和能源紧缺却如达摩克利斯之剑，高悬于世人头顶。降低化石能源的比例，优化能源结构已经成为了各国的共识。作为新兴战略资源和未来能源的重要部分，太阳能被人们寄予厚望，在国家的多项规划和激励政策下发展迅猛。

太阳能电池是将太阳能转化为电能的一种有效方式，迄今为止已经历了3个发展时代。其中，第三代太阳能电池包括染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，具有可薄膜化、光电转换效率高、原料丰富的特性。大连理工大学石油与化工学院马廷丽教授多年来致力于太阳能电池研究，自1992年留学日本以来，已在这一领域深耕多年，取得了多项突破性成果。

坚定信念一往无前

马廷丽教授可以说是最早一批接触第三代太阳能电池的研究人员。1992年，马廷丽前往日本留学，在日本九州大学攻读博士学位，当时她的研究方向是有机及无机材料的合成。博士毕业之后，她进入日本产业技术综合研究所工作，所在的团队在世界范围内比较早地介入到第三代新型太阳能电池的研究。

对于她来说，最初是由于专业的关联性参与了日本NEDO的大型研究项目——新阳光计划，真正接触这方面研究之后，她的信念变得更加坚定——太阳能电池的研究开发意义重大，她希望能够为实现其产业化及大规模普及作出贡献。这个信念伴随她走过了十几载。

2007年，在九州大学任教的马廷丽看到国内科技的发展，同时也看到了环境污染的严重性。已经学有所成、在日本有了固定研究职位的她毅然选择了回国，“为祖国的新能源建设发展贡献自己的力量”。

言犹在耳，回国后的她雷厉风行地在大连理工大学精细化工国家重点实验室组建了自己的团队。经过两年多的奋斗，马廷丽教授完成了一个强有力团队的建设。这些年来，团队培养了多位青年教师和优秀博士生硕士生，对新一代太阳能电池进行了深入系统的研究，并取得了多项突破性的进展。

基础及应用研究并行

马廷丽曾作为项目负责人完成国家“863”计划项目和重大研究计划等项目，以开发高性能纳米功能材料及高效低成本薄膜太阳能电池为目标，旨在探索出一条制作及应用“高效低成本薄膜太阳能电池”的新途径。

经过两年多的探索，团队成功制备了高效低成本的染料敏化太阳能电池，其研究成果达到国内外先进水平。除此之外，他们还成功研制了半柔半刚复合电池、全柔性薄膜大面积电池等。由于染料敏化太阳能电池在室内弱光发电上独具特色，团队尝试将其与终端产品集成，进而开发了新颖多彩的艺术太阳能电池、室内光用手机充电器、无电池遥控器、太阳能电子标签等，为太阳能电池的应用开发了新思路，拓宽了新用途。

但是要想真正把实验室开发出的新技术实现产业化，还有一段艰辛的路要走。在大连理工大学和营口市地方政府的支持下，马廷丽与团队创办了奥匹维特新能源科技有限公司，进行了实验室技术的小试和中试。在随后的发展中，营口奥匹维特新能源科技有限公司先后设计，开发和制造了各种新型第三代薄膜太阳能电池器件和教学套餐，他们还积极开发了应用于有机光电器件以及燃料电池等多种纳米功能材料和设备，為国内的数百所研究机构提供科研材料，来帮助他们进行科学研发，积极为科研成果转化贡献力量。

特色研究新体系构建

马廷丽团队在染料敏化太阳能电池领域取得了诸多成果之后，又率先积极投入到新型钙钛矿太阳能电池的研究上来。团队经过不懈探索，设计及合成了一系列新型的一维和多维无机纳米材料，并用其构建了钙钛矿太阳能电池。为了发展柔性光伏器件，低温制备钙钛矿太阳能电池已成为亟待解决的问题。当前，在钙钛矿太阳能电池中，基于传统策略构筑电子收集层制备过程通常包含高温烧结，而用于光伏器件的柔性透明导电基底所能承受的加热温度十分有限。因此，低温构筑新的材料体系刻不容缓。

马廷丽团队独辟蹊径地开发了一系列基于非晶态的半导体材料，实现了电子收集层的低温制备新策略。该策略使用简单易制备非晶态氧化钨及氧化锡等，并通过金属离子化学修饰的方法有效解决了电子收集层与钙钛矿层之间的能级失配问题。此外，该化学修饰方法还有助于减少电子收集层的内部缺陷态，进而有效抑制了电荷复合并提高了电池开路电压和填充因子，电池器件的光电性能也得到了大幅改善。

同时，团队又积极开展了“结构功能一体化”复合材料的研究，并进行了材料微纳结构对器件光电转换效率影响机理的研究，还对材料结构、材料的带隙及材料的表面形态等进行了微观调控。同时还进行了拓展研究，构建了新型钙钛矿太阳能电池，大幅度改善了柔性太阳能电池的光电转换效率。研究成果对新型薄膜太阳能的产业化奠定了一定的基础。

回国以来，在取得诸多突破性成果之外，马廷丽还一直严格履行着自己作为一名教师的职责。她深知，硕士和博士是国家的栋梁人才，因此，首先要培养的就是他们的独立科研能力和解决问题的能力。她给予学生广泛的自由度，引导他们积极开展国际前沿工作，充分发挥他们的自主科研能力。

今年环境污染日趋严重，可再生能源的开发利用势在必行。研究新型太阳能电池15年有余，马廷丽对于这个方向的研究更执着也更有信心。“在未来的几年里，我们会更专注于可再生能源材料和器件的研发，力求在现有的基础上开发出新型高效低成本的光电器件，燃料电池以及新型二次电池，为改善我们国家的能源短缺和环境污染问题，做出我们应有的贡献。”