【甬派】最美科技追夢人葛子義：讓有機(jī)太陽能電池率先在中國產(chǎn)業(yè)化
甬派客戶端見習(xí)記者 徐卓蔚
科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng)。日前，由中共寧波市委宣傳部、寧波市科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦的尋找2021年寧波市“最美科技追夢人”活動落下帷幕。今起，甬派客戶端推出系列報(bào)道，挖掘?qū)幉萍脊ぷ髡吲_前幕后的創(chuàng)新故事，展現(xiàn)部分“最美科技追夢人”及提名人物在平凡崗位上書寫的不平凡事跡，讓更多人了解科技工作者，在全社會營造尊重知識、尊重人才和關(guān)心科技工作者的良好氛圍。
國家杰出青年科學(xué)基金、英國皇家化學(xué)會會士、浙江省杰青和浙江省“錢江人才”……這些“桂冠”，哪怕有一頂，已經(jīng)足夠奪目。而中科院寧波材料所研究員葛子義，卻全部“收入囊中”。
成就這位2021年寧波市“最美科技追夢人”的，是當(dāng)前的前沿?zé)狳c(diǎn)研究——有機(jī)太陽能電池。
十年磨一劍，甘坐“冷板凳”
在中科院寧波材料所實(shí)驗(yàn)室，葛子義向記者展示了最新的研究成果，一塊能采集太陽能的“玻璃板”和一卷像膠片一樣能拉出來的“薄膜”，葛子義介紹道，這分別是半透明有機(jī)太陽能電池和柔性有機(jī)太陽能電池，他們憑借各自的特性，分別應(yīng)用于光伏玻璃、智能穿戴設(shè)備等場景。
葛子義博士展示半透明有機(jī)太陽能電池 徐卓蔚 攝
這些成果的取得來之不易，“光是有機(jī)太陽能電池的活性層研究，我們就做了將近8年。”談到自己的專業(yè)領(lǐng)域，葛子義似乎有說不完的話，“活性層具有接受光能并且轉(zhuǎn)化成電能的作用，其中包含兩種材料，工藝要做到納米級別，一個(gè)是給電子材料，一個(gè)是接收電子材料，兩者之間的能級和光譜如果匹配得恰到好處的話，電子的傳輸就更暢通，也就能提高光電轉(zhuǎn)化率，提高發(fā)電量?！?/font>
在有機(jī)光電材料領(lǐng)域這個(gè)“冷板凳”上，葛子義堅(jiān)持了十年。十年來，他潛心于新型太陽能電池和新型顯示技術(shù)的基礎(chǔ)研究，在科研這條道路上不驕不躁。
1999年，葛子義本科畢業(yè)于蘭州大學(xué)，2004年獲得中科院化學(xué)所博士學(xué)位。2005年他前往日本東京工業(yè)大學(xué)從事有機(jī)光電研究。在日本的研究生涯，對葛子義的影響尤其大，“當(dāng)時(shí)，日本在光電材料研究方面比我們先進(jìn)很多。日本很重視基礎(chǔ)研究，對于日本的科研人員來說，沉下心十幾年或幾十年做一項(xiàng)基礎(chǔ)研究是太正常不過的事?！备鹱恿x說，這些對他之后選擇從事基礎(chǔ)研究產(chǎn)生了很大的影響。
2009年，學(xué)成歸國的葛子義受聘于華東理工大學(xué)教授。“教書育人固然好，但我還是更想在科研一線學(xué)以致用?！?010年，他加入中科院寧波材料所，擔(dān)任“有機(jī)光電化學(xué)”學(xué)科帶頭人、有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人至今。
以“十年磨一劍”的精神專注科學(xué)研究，近年來，葛子義在高效率有機(jī)/鈣鈦礦太陽能電池材料及其柔性器件等領(lǐng)域取得了一系列創(chuàng)新性成果。在Nature Photonics等期刊上發(fā)表SCI論文160余篇，撰寫專著4部。獲得 2016 年“中國光學(xué)重要成果獎(jiǎng)”，2018 年度浙江省自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（排名第一），兼任有機(jī)光電材料與器件國際會議（ICOOE）大會主席，浙江省青年高層次人才協(xié)會常務(wù)理事。40 多次受邀做國內(nèi)外著名學(xué)術(shù)會議邀請報(bào)告。
葛子義獲得了國家、省部級和地方等項(xiàng)目支持，其中包括國家杰出青年科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)-政府間專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、浙江省杰出青年基金、中科院國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、寧波市2025重大專項(xiàng)等20多項(xiàng)。
科研碩果累累，論文發(fā)表于頂級學(xué)術(shù)期刊
2014年，葛子義的團(tuán)隊(duì)對有機(jī)太陽能電池器件界面和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，率先使有機(jī)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到10.02%，這在當(dāng)時(shí)屬于世界性的重大技術(shù)突破，比同類電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高25%左右，是當(dāng)時(shí)有機(jī)太陽能電池領(lǐng)域最高效率之一。
這項(xiàng)研究成果在2015年發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然-光子學(xué)》。這是中科院有機(jī)光電方向研究成果首次在該期刊發(fā)布。審稿人對此予以高度評價(jià)，認(rèn)為該研究成果“對于聚合物太陽電池有非常重要的貢獻(xiàn)”，有望促進(jìn)有機(jī)太陽電池的低成本、大面積化制備，加快推進(jìn)有機(jī)太陽電池的商業(yè)化進(jìn)程。
國家“十四五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃以及國家發(fā)展改革委能源局新近發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計(jì)劃（2016—2030）》明確指出，將重點(diǎn)發(fā)展基于有機(jī)、鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的太陽能電池。談到太陽能電池未來的應(yīng)用領(lǐng)域，葛子義認(rèn)為：“有機(jī)太陽能電池目前遇到的最大的挑戰(zhàn)是效率和壽命?！蹦壳半姵氐墓怆娹D(zhuǎn)換效率普遍在16%-18%，他們的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了18.5%，處于國際領(lǐng)先水平，未來目標(biāo)是達(dá)到20%。電池的壽命目前普遍在3-5年，遠(yuǎn)期目標(biāo)是能達(dá)到10年。
葛子義博士研發(fā)的柔性有機(jī)太陽能電池 徐卓蔚 攝
“有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率與硅基、薄膜太陽能電池的效率仍有較大差距。但它在柔性和半透明器件方面獨(dú)特的優(yōu)勢，為其產(chǎn)業(yè)化提供了很大的空間，有助于實(shí)現(xiàn)與其他太陽能電池形成互補(bǔ)，以及填補(bǔ)光伏市場在柔性和半透明器件方面的缺位。”葛子義說，有機(jī)太陽能電池具有獨(dú)特的輕質(zhì)、半透明、多彩化、可彎曲以及可卷對卷大規(guī)模生產(chǎn)的特性，可在建筑物或服裝內(nèi)彎曲和扭曲，并可以制成任何顏色，甚至半透明，從而與周圍環(huán)境相匹配，融為一體。在未來的可穿戴設(shè)備供電、建筑光伏一體化、太陽能飛機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用上將會大放異彩。
邁穩(wěn)步子，迎接產(chǎn)業(yè)化“曙光”
對于未來有機(jī)太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化之路，葛子義認(rèn)為，柔性和半透明有機(jī)太陽能電池的研究是現(xiàn)在的一個(gè)熱點(diǎn)，國內(nèi)也有很多團(tuán)隊(duì)在從事相關(guān)的研究。在未來的幾年內(nèi)，我國在該領(lǐng)域應(yīng)該會有更大的突破、會有很多科研成果出現(xiàn)。柔性有機(jī)太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化需要一步一步向前推進(jìn)，預(yù)計(jì)未來3-5年可以產(chǎn)業(yè)化。
目前應(yīng)該算是產(chǎn)業(yè)化的“黎明前夕”，不過需要具備很多條件，除了有機(jī)太陽能電池的效率和壽命提高外，還要首先具備高效和低成本有機(jī)光伏材料的開發(fā)和放大合成，以及高性能柔性透明電極的開發(fā)和大面積制備；其次需要開展柔性器件的大面積制備工藝、器件穩(wěn)定性以及封裝材料和工藝的研究；最后需要與公司合作，制備柔性有機(jī)太陽能電池組件，并建立柔性有機(jī)太陽能電池生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)柔性有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模應(yīng)用。
“目前，我們的有些技術(shù)已經(jīng)超過了國外，可以說是我們中國人引領(lǐng)的一個(gè)研究領(lǐng)域，應(yīng)該在中國率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！备鹱恿x說，即使如此，也不能急，要想取得更多原創(chuàng)性、開創(chuàng)性的重大科研成果，首要還是要做好基礎(chǔ)研究，這也是我國科技事業(yè)穩(wěn)固堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
?。ㄔ陌l(fā)布于2021年6月28日甬派客戶端）