在法國傳統(tǒng)的小路上

　　國際上有關(guān)染料敏化太陽能電池的研究始于上世紀80年代。1991年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學Gratzel教授領(lǐng)銜的研究小組，首次以納米多孔二氧化鈦為半導體陽極，釕絡(luò)合物為敏化染料，I-/I3-為氧化還原電解質(zhì)，鉑為對電極，開發(fā)出了染料敏化太陽能電池樣機，在國際上引發(fā)強烈關(guān)注。1997年，該課題組又率先使該電池的轉(zhuǎn)化效率達到了11%。2011年，他們又將這一數(shù)字刷新為12%。此后，為了追求更高的轉(zhuǎn)換效率，歐、美、日等發(fā)達國家投入大量資金用于研究，但直到現(xiàn)在，仍然沒有打破這個記錄。
　　唐群委告訴記者，我國染料敏化太陽能電池研究主要以華僑大學副校長吳季懷教授以及中科院長春應(yīng)用化學研究所王鵬研究員為代表，在液體電解質(zhì)、準固態(tài)電解質(zhì)等領(lǐng)域取得了長足進展，光電轉(zhuǎn)化效率在6%～9%之間，離國際最高水平仍有一定差距。而縮短這個差距正是唐群委實驗室的科研目標。
　　2004年，唐群委首次接觸染料敏化太陽能電池，他把大部分精力都用來觀察和思考相關(guān)問題，例如為什么從1997年至今的16年間，人們一直沒法突破染料敏化太陽能電池12%的轉(zhuǎn)化記錄，怎樣才能突破這個技術(shù)壁壘。
　　2012年8月，唐群委加盟中國海洋大學，組建了自己的科研團隊和實驗室，開始全身心投入相關(guān)研究。他帶領(lǐng)學生將曾經(jīng)的設(shè)想和構(gòu)思付諸實際研究，證實了一個又一個想法的可行性。
　　首先，他們針對我國在染料敏化太陽能電池領(lǐng)域與國際最高水平的差距，大膽采用新工藝和新材料制備了一種新型復(fù)合光陽極材料，用它組裝的染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率達到了10.2%，這很可能是目前國內(nèi)的最高紀錄。但唐群委認為，這個數(shù)字僅僅只是逼近，但沒有達到或超過國際最高紀錄，還有進一步優(yōu)化上升的空間。正是因為有這樣的上升空間，才激發(fā)了許多科研人員的挑戰(zhàn)欲望。
　　唐群委研究染料敏化太陽能電池至今已有9年。他告訴記者，光陽極的研究對提高電池轉(zhuǎn)化效率至關(guān)重要，他們實驗室對此十分關(guān)注。同時，他們還關(guān)注雙面投射技術(shù)?！耙话愕奶柲茈姵夭捎玫氖菃蚊嫱渡洌柟獾睦寐瘦^低，激發(fā)的電子密度也比較低，光電轉(zhuǎn)化效率自然不高?！碧迫何f，“如果通過分光設(shè)計，將一束太陽光分為兩束，由雙面同時入射，兩面的太陽光互相補償，就能提高太陽光的利用率，從而加速染料激發(fā)電子的速度，提高光電轉(zhuǎn)化效率。”
　　基于這種構(gòu)想，唐群委及其團隊率先采用雙面投射技術(shù)將聚苯胺對電極基染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率由6%提高到了8.2%，并極大地降低了染料敏化太陽能電池的成本。目前，他們已將這一成果投稿給Nature子刊，文稿正在進一步修改中。唐群委還告訴記者，硅太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化正是得益于雙面透光技術(shù)的應(yīng)用，因此，如果這一技術(shù)能夠應(yīng)用到染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，很可能推動其產(chǎn)業(yè)化進程。
　　9年間，為了突破染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)效率的技術(shù)難點，唐群委還做了很多相關(guān)研究，這其中包括新型導電凝膠電解質(zhì)的開發(fā)。
　　2004年，唐群委在國際上首次利用超吸水材料的三維網(wǎng)絡(luò)機結(jié)構(gòu)和獨特吸附性，將苯胺、吡咯等導電聚合物單體吸附于三維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，原位聚合形成了互穿結(jié)構(gòu)的導電水凝膠材料。隨后，他又進一步改良這種材料的性質(zhì)，使其能夠牢固吸附I-/I3-電解質(zhì)，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的研究，極大地提高了凝膠電解質(zhì)的活性，克服了液體電解質(zhì)容易泄露的問題，在很大程度上提高了電池的光電轉(zhuǎn)化效率。這是唐群委最為滿意的成果之一，2012年獲得了教育部高等學校自然科學獎二等獎。

　　近幾年，國家對光伏產(chǎn)業(yè)扶持力度不斷加大，尤其在太陽能電池研究領(lǐng)域，資助的金額每年都在增加。于是，難免有人對染料敏化太陽能電池研究產(chǎn)生“它的效率真能高于12%，還是說只是炒作的噱頭”的質(zhì)疑。
　　唐群委告訴記者，理論上，這種電池的光電轉(zhuǎn)化效率最高能達到29%，完全能與硅太陽能電池媲美。但為什么一直不能突破國際最高值，需要考慮很多因素，它的每一個組成部分，包括光陽極使用的二氧化鈦膜、電解質(zhì)溶液以及對電極使用的材料等，目前都存在或大或小的問題，一旦這些問題都被克服，相信這種電池的光電轉(zhuǎn)化效率將會有質(zhì)的飛躍。這正是唐群委以及眾多太陽能電池研究人員勵志要解決的難題。
　　染料敏化太陽能電池要真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還將面臨一段漫長的考驗。唐群委認為，如果要大面積應(yīng)用，轉(zhuǎn)化效率至少要達到5%。如此一來面臨的就不僅是技術(shù)挑戰(zhàn)，還有工藝上的挑戰(zhàn)。他說：“10.2%的效率是在實驗室里實現(xiàn)的，而實際應(yīng)用的面積比這個大幾十甚至幾百倍。在小面積的情況下，我們可以很容易制備出致密、均勻的二氧化鈦膜，但面積擴大，膜產(chǎn)生缺陷的幾率也會隨之增加。以目前的技術(shù)，要實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的大面積應(yīng)用難度較大?！?BR>　　唐群委表示，下一步課題組將繼續(xù)優(yōu)化電池的性能，爭取把光電轉(zhuǎn)化效率提高到11%，取得技術(shù)上的突破；另一方面，要實現(xiàn)該電池的應(yīng)用，必須通過中試考驗，面積比實驗室大很多。所以課題組還將開展大面積的染料敏化太陽能電池研究，如果能夠使其效率達到5%～7%，課題組就將與相關(guān)單位探討產(chǎn)業(yè)化合作。

　　狄更斯說：“這是最美好的時代，也是最糟糕的時代?！?BR>　　全球眾多實力非凡的科研機構(gòu)都盯著染料敏化太陽能電池這塊“蛋糕”，競爭必然慘烈。唐群委要想突破保持了16年的最高記錄，搶占這塊高地，不僅要面對技術(shù)上的超高挑戰(zhàn)，還要與眾多競爭者展開一場殊死較量。這似乎有點兒“糟糕”。
　　然而，國家對光伏產(chǎn)業(yè)十分重視，在政策上、資金上都給予這項事業(yè)很多的支持和鼓勵。更何況，染料敏化太陽能電池仍沒有產(chǎn)業(yè)化，這其中孕育著無限機遇和希望。這對唐群委的研究來說，無疑又是美好的。
　　“染料敏化太陽能電池如果實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，不僅能給國家?guī)砗艽蟮慕?jīng)濟利益，還能為生態(tài)環(huán)境保護作出重大貢獻。更重要的是，這也許是我國光伏產(chǎn)業(yè)破冰的出路所在。無論如何艱難，課題組都將以縮小與國際的差距為目標，繼續(xù)向更高端的方向前進。”唐群委的意志很堅定。