天天飞车领钻石:她是鈣鈦礦太陽能電池發明者 也是學生們心中的“小太陽”

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2019年04月01日08:03  來源:科技日報
 
原標題:她是鈣鈦礦太陽能電池發明者 也是學生們心中的“小太陽”

周歡萍在實驗室

“挺開心的,但很快就歸于平靜了?!敝芑鍍繼Я頌濟ψ潘?。說話時柔聲細語,笑起來眉眼彎彎,這位北京大學工學院材料科學與工程系特聘研究員身上有種與生俱來的親和力,身上似乎散發著溫暖的光。

讓周歡萍開心的是,近日她的課題組與中國科學院院士嚴純華課題組的研究成果在線發表于國際期刊《科學》主刊上。兩個課題組合作提出一種新機制,即在鈣鈦礦活性層中引入具有氧化還原活性的Eu3+、Eu2+離子對,從而大大提升了電池的長期穩定性。

而她的才華早在去年就已經顯露?!堵槭±砉た萍計纜邸訪磕暝諶蚍段阱嘌?5名35歲以下科技創新青年,在2017年度公布的榜單上,周歡萍成為上榜的6位華人之一,她因在鈣鈦礦太陽能電池研究領域取得的成果獲此殊榮。

“科研帶給我無窮的樂趣,我很喜歡在科研中成長,不斷探索新事物?!閉馕緩廈米鈾?,做科研不僅能令自己愉悅,而且能對社會發展有意義,沒什么比這更讓她開心的了。

年少在煤油燈下學習,催生光明夢想

北京大學王克楨樓,周歡萍的辦公室在此樓10層。她辦公室窗外是中關村北四環車水馬龍的十字路口,一個無數人尋夢的地方。

周歡萍的辦公室地方本不算小,但在擺放了兩張并到一起的小課桌和一排桌椅后,空間顯得就有些局促了。她說,這樣便于和學生討論問題?!案倚∈焙蠔托值芙忝眉吩諞徽得河偷葡卵跋啾?,現在的學生可幸福多了?!彼?。

“我小時候,家中有一位在北京工作的長輩。每次回老家這位長輩都會跟晚輩們講講外面的世界?!敝芑鍍薊匾淶?。

長輩的榜樣力量是無窮的。走出家鄉,去到一個更大的地方,這個信念在周歡萍的心里扎了根。

多年后,周歡萍考入北京大學化學與分子工程學院攻讀博士學位,師從嚴純華從事“稀土納米材料的可控合成、自組裝及表面功能化”方面的研究。

2010年博士畢業,周歡萍選擇繼續到國外求學,前往美國加州大學洛杉磯分??共┦亢笱芯抗ぷ?。經歷短暫的適應期后,她大膽更換了研究方向,跟隨業內聞名的材料科學家楊陽教授開始新型太陽能電池方面的研發工作。

“我特別希望,我的努力能為清潔能源的普及作一點貢獻。到那時,無論世界上哪個角落的孩子,都可以在明亮的燈光下安靜地讀書,不像我小時候只能在一盞昏暗的煤油燈下學習?!敝芑鍍妓?。

太陽能是清潔能源的代表,目前普遍使用的太陽能電池板,90%以上都基于晶體硅材料。然而受材料、工藝、器件結構等多方面的限制,晶硅光伏電池的光電轉換效率已接近理論上限,成本也難以進一步下降。

鈣鈦礦作為一種新型太陽能電池材料,比傳統的晶體硅材料便宜、更易加工,而發電效率與晶體硅材料相當,未來市場前景廣闊。因此,開發兼顧成本和效率優勢的新型鈣鈦礦太陽能電池,成了材料學界近年來研究的熱點。

但該類電池最大的問題在于,由于鈣鈦礦材料本身穩定性差,致使太陽能電池器件壽命較短,從而在商業應用中受到很大限制。這也是諸多同行期望攻克的難題。

那個有關光明的夢,一直在向周歡萍招手。她下決心啃下這塊“硬骨頭”,研制出新型鈣鈦礦太陽能電池。

巧用稀土離子,攻克“卡脖子”難題

2015年7月,周歡萍結束了在美國的研究工作,選擇回到母校北京大學任教。

入職后,在學校的支持下,周歡萍很快牽頭成立了課題組。為解決鈣鈦礦材料在光照及加熱等條件下的易分解問題,她帶著課題組十多名學生走上了漫漫求索路。

如何才能增強鈣鈦礦自身的穩定性呢?

在一次試驗中,周歡萍大膽決定將稀土離子引入鈣鈦礦活性層。

“在傳統氧化物鈣鈦礦中,引入少量稀土離子,便能穩定鈣鈦礦的結構?!敝芑鍍妓?,那時他們選用鹵素鈣鈦礦作為試驗材料,將稀土離子引入其中?!罷廡┫⊥晾胱悠鸕攪舜呋戀淖饔?,提升了鈣鈦礦穩定性,從而為延長太陽能電池壽命提供了可能?!?/p>

“其實,這就是化學里的一個氧化還原過程,但又跟普通的氧化還原過程不太一樣。如今想來,其實很簡單,或許這就是所謂的大道至簡吧?!被匾淦鸕蹦杲餼穌飧觥翱ú弊印蹦煙獾那榫?,周歡萍的語氣顯得十分輕松。

但其實,攻關那段時間周歡萍并不容易。作為課題組負責人,周歡萍承擔了許多管理事務。

她雖沒和大家一起沖在試驗一線,但她每天要承擔大量溝通工作并反復提醒大家試驗注意事項。有時為從第三方得到一個認證反饋,她不得不半夜起身查收郵件,生怕錯過對方的信息。

“如果我自己都不能奮進向上,還怎么帶團隊呢?”她這樣說。

循循善誘解心結,成學生的“大姐姐”

“回首自己的成長之路,成績的取得離不開幾位恩師的幫助?!敝芑鍍妓?。

就像當年勇敢跨界到鈣鈦礦太陽能電池領域,周歡萍覺得,之所以能完成那次華麗轉身,除了內心的信念外,更離不開楊陽教授對她的鼓舞。而之所以她能想到將稀土離子引入鈣鈦礦材料,也有賴于自己的博士生導師嚴純華教授的嚴厲教導,為她打下了扎實的研究基礎。

“我希望,自己也能成為這樣的老師?!敝芑鍍妓?。

但管理課題組、帶學生,不是件易事?!翱翁庾橐?0后、90后的年輕人為主,甚至還有95后。敢于創新、勇于突破是年輕人的優點,但缺點也很突出——比較容易浮躁?!閉庖彩親魑際Φ鬧芑鍍莢諮芯拷氳焦ゼ嶠錐巫畹P牡奈侍?。

曾有一名學生找到周歡萍,跟她抱怨道:反復記錄數據,沒日沒夜地守在儀器前等結果……但這些努力換來的卻是接二連三的失敗,試驗到底要重復到什么時候?

“接連的失敗,讓這位學生對試驗工作的意義產生了懷疑?!敝芑鍍妓?,這樣的情景出現過不止一次,這樣的學生也不是少數。

周歡萍能夠理解學生的困惑,然而在冰冷的試驗結果面前,所有的安慰都顯得很無力??傷蘢齙囊倉揮蟹錘吹囟匝擔骸澳憧梢緣?,再往前走一走,就能看到光了?!?/p>

春風化雨。周歡萍的耐心與溫暖,撫慰了一顆顆年輕而脆弱的心。她也成了90后學生的“大姐姐”,是他們心中自帶光芒的“小太陽”。

“無論試驗進行得怎樣,我都盡力保持樂觀心態,激勵成員們不斷挑戰自我。我相信,撥云見日的那一天不會太遠?!敝芑鍍妓?。

在周歡萍看來,一個優秀的科研工作者不僅要具備科研“硬實力”,還要具備抗挫、抗壓等“軟實力”?!拔蟻M佳鱸菔筆О艿謀硐?,感受試驗的過程,培育他們的科學鑒賞力和鉆研精神?!敝芑鍍妓?。

談及接下來的計劃,周歡萍說,除了科研工作,她還會將一部分精力放在鈣鈦礦太陽能電池的產業化上。她希望,團隊的研究成果可以服務于社會,讓更多人享受到清潔能源的便利?!耙桓鋈說吶υ對恫還?,這是一個大工程,需要凝聚更多力量?!彼?。(王迎霞 胡 彧)

(責編:王紹紹、賀迎春)