文／徐　飛

　　近年來，碳達峰與碳中和成為全網(wǎng)熱詞。這是中國基于推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現(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、最具活力的研究領域。硅是太陽能電池最理想的基礎材料，但隨著新材料的發(fā)展，以其他材料為基礎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跑者，被認為是最有望突破現(xiàn)有光伏技術瓶頸的變革性技術之一。

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

　　這當中也包含了大連理工大學物理學院副教授王敏煥所作的貢獻。自2014 年起，她一直聚焦于鈣鈦礦太陽能電池的界面調控、維度調控和結晶調控穩(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)模應用的嚴重阻礙之一。針對此問題，王敏煥通過調節(jié)反溶劑滴加時間來調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和科學依據(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)了對缺陷的精準鈍化，為未來新型界面修飾層的設計和應用開拓了新思路。

　　緊接著，王敏煥通過模擬和實驗相結合系統(tǒng)，闡明了鈍化劑分子的結構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。從科學角度來說，王敏煥證明了當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構，發(fā)現(xiàn)分析其降解機制并建立穩(wěn)定的器件結構是當務之急。她通過引入還原性有機夾層，構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 光電轉換與太陽能電池材料發(fā)展論壇的科學探索獎（邀請報告），有望在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域實現(xiàn)前瞻應用。

　　精益求精 再攀高峰

　　就像絕大多數(shù)的學界人士一樣，王敏煥帶著盎然興致和昂然斗志，一頭扎進了學術的浩瀚海洋當中。她以專業(yè)第一名的成績考入大連理工大學，并于2018 年10 月獲國家留學基金委（CSC）資助公派名額，先后赴美國加州大學洛杉磯分校和韓國成均館大學學習，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。在美國加州大學洛杉磯分校，她遇到了德高望重的導師Yang Yang 教授。Yang Yang教授入選了2021 年度歐洲科學院院士，為湯森路透評選出的世界上最具影響力的科學家之一。在韓國成均館大學，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域關鍵共性科學難題，與導師們進行著學術靈感碰撞，并擦出靈感的火花。

　　目前，王敏煥在學術研究領域里始終如一，充分發(fā)揮主觀能動性，向著自我設定的學術目標邁進。她希望解決影響鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性提升的關鍵科學問題，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構和變革性技術理念。同時，她希望可以形成有核心專利的自主知識產(chǎn)權，為新型鈣鈦礦材料在能源高效利用方面提供理論依據(jù)和技術支持。

　　王敏煥正在采用理論、實驗和模擬相結合的工作方式，結合前期的學術積累和工作經(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)精準鈍化，建立完整的鈍化劑選取原則和使用指導方針。并且，她將基于晶體生長學理論，闡明鈣鈦礦成核的動力學過程，實現(xiàn)晶體的均質生長和定向組裝，獲得高質量鈣鈦礦薄膜。

　　最終，王敏煥通過構筑高性能鈣鈦礦太陽能電池，使得器件光電轉換效率超過26%，標準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，希望通過綠色發(fā)展順利實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展轉型，促進整個社會可持續(xù)發(fā)展，為全人類文明進步做出貢獻，這也是為實現(xiàn)中華民族偉大復興必然選擇的經(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。她將自己的學術理想、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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