【能鏡原創】
A。引子
2013年,科學界關于鈣鈦礦研究的浪潮剛起,有一天,幾位年輕科學家在一起聊天,說到鈣鈦礦的終局,其中一位半開玩笑半認真——
那是一個理想世界,人們通過簡單涂布鈣鈦礦材料就能輕松獲取和轉化太陽能量,世界清潔明亮,而他已垂垂老矣、兒孫繞膝,冶煉晶硅、制做切片太陽能電池已是人類久遠的往事,被他時不時當成故事和笑話,講給自己的孫輩聽。
這個描述太有畫面感,它像某種預言,帶著理想和希望,從實驗室沉靜的瓶瓶罐罐里咕嘟咕嘟翻騰出來,流淌進尚未知曉的生活里。
是的,盡管這年美國《科學》(Science)雜志將鈣鈦礦評為年度十大科學突破之一,并為它打上「新一代太陽能電池材料」的標簽,但在晶硅統治的光伏世界,尚未邁出實驗室的鈣鈦礦,在大眾視野里,依然是個無名之輩。
但科學界顯然已經嗅到這個「無名之輩」未來的「明星潛質」。
就在Science給予鈣鈦礦「名份」的頭一年,韓國成均館大學的樸南圭(Nam-Gyu Park)、瑞士洛桑聯邦高等理工學院光子學和界面實驗室主任米夏埃爾•格雷策爾(Michael Grätzel)和英國牛津大學教授亨利·斯奈斯(Henry Snaith)取得一項重要進展。
他們將鈣鈦礦太陽能電池的液態電解質替換為固態電解質,轉換效率從3年前日本科學家宮坂力(Tsutomu Miyasaka)發現的3.8%一下躍升至10%。
這個結果令人振奮。
✪ 從左至右分別為:宮坂力、樸南圭、米夏埃爾•格雷策爾(Michael Grätzel)、亨利·斯奈斯(Henry Snaith)。
提高太陽能利用效率,是科學家們永恒的課題。但自打問世于1954年的單晶硅太陽能電池技術,將晶硅推向光伏世界的王位,并在此后多年,試圖以它的「權杖」碰觸29.43%的理論極限效率而屢屢未果,這個領域,就再也不曾出現撼動它的革命性技術和創新性材料。
而這次躍升,似乎在宣告實驗室合成的鈣鈦礦晶體,正擁有某種打破沉寂、通往光明彼岸的力量,中、韓、日、美、英、瑞士等國的多個頂級院校重點實驗室,開始摩拳擦掌,準備借由它,迎接洶涌而至的未來。
也是在這一年,中國廈門。博士期間師從米夏埃爾•格雷策爾的范斌和他清華大學化學系同班同學田清勇、白華,決定將創辦于2010年的惟華光能轉向鈣鈦礦研究。
此前,他們正沿著有機太陽能電池方向進行探索,導師團隊的新進展,讓范斌隱約覺得,一個新材料新技術改變世界的機會正在降臨。他們像被機會選中的孩子,一伸手,抓住了它,卻并不知曉,在未來很長一段時間里,他們將孤獨地捍衛著理想,并幾度掙扎在生存的邊緣。
9年后,全球氣候危機和雙碳趨勢,為新能源領域效率增長的迫切性加碼,捱過艱苦歲月、被光伏巨頭協鑫納入麾下,并更名為昆山協鑫光電的惟華光能,不再獨自于商業世界闖蕩。
他們成為資本市場瘋搶的頭牌,身后奔跑著近20家追趕者和競爭者,身旁,隆基、晶科、通威、天合、凱輝、寧德時代、騰訊等一眾知名龍頭、VC和產業資本陸續入場。
被資本之手和商業熱望日漸攪沸的鈣鈦礦太陽能電池,開始被置于愈來愈亮的聚光燈下,其公眾面目,也變得日漸清晰。
B。被命運選中
過去10年,圍繞鈣鈦礦太陽能電池所發生的一切,簡直像一出令人大開眼界的大戲——
蟄伏已久的新材料,在晶硅統治的世界里,從一浪又一浪的質疑聲里鉆出來,帶著某種新工業英雄主義的色彩,噠噠噠噠,只用了10年時間,就走完了晶硅40年才抵達的境界——將實驗室轉化率從3.8%提升至25%甚至更高,并開向超過30%的新目標狂奔而去。
但它的歷史,卻是一個長得多的故事。如果一定要往源頭追溯鈣鈦礦太陽能電池的緣起,1839年可能是個有趣的交合點。
這一年,德國礦物學家古斯塔夫·羅斯(Gustav Rose)探險俄羅斯烏拉爾山,在那里,天然礦物鈦酸鈣(CaTiO3)晶體第一次地展現在科學家眼前。
為向地質學家Lev Perovski致敬,Gustav Rose遂將其命名為Perovskite(鈣鈦礦),盡管后來應用于太陽能電池的鈣鈦礦材料與之相比,已是天壤之別,但這個此「礦」非彼礦的名字,成為滿足ABX3化學式、與鈦酸鈣擁有相似晶體結構化合物的統稱。
也是這一年,19歲的法國男孩亞歷山大·貝克雷爾(Alexandre Becquerel),協助父親研究光波照射電解池所產生的變化,他偶然發現,光照能使半導體材料不同部位之間產生電位差,光伏效應隨即問世。
但這兩個同年誕生的新發現,一出生便進入了蟄伏期,它們像兩個角兒,早早前來候場,但離真正登臺,卻還要等上百年。