莞爱人才④|姜岩:在东莞开辟太阳能电池研发新赛道

“我来东莞,这是一个明智的决定。”在东莞松山湖材料实验室,姜岩负责能源材料与光电科学团队,主要从事新一代低成本高性能薄膜太阳能电池的研发。

在汪卫华院士的越洋电话邀请下,姜岩博士2020年10月离开瑞士,进驻松山湖材料实验室担任特聘研究员、博士生导师。一年间,他搭建研发平台组建团队,在太阳能电池研发方面开辟了全新赛道,在推动新材料科技中国产业化上迈出了关键的一步。

致力研发太阳能电池

中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。大力发展碳中和技术,积极推进能源革命是实现这一目标的关键。太阳能作为一种发展速度最快的清洁能源,能够满足未来太瓦级的能源需求,已经成为国家能源转型的重要领域。

目前硅基电池是市场化程度最高的太阳能电池技术。高效率硅电池需要使用高纯硅,提纯工艺能耗高,此外,吸收层较厚(>100微米)导致电池质量重,难于满足便携式、柔性及空间等应用场景的需求,因而发展新型高效薄膜太阳能电池技术迫在眉睫。

2010年9月,姜岩从中山大学保送到中国科学院化学研究所,从此扑进新型太阳能电池研发领域,2015年取得博士学位后先后转战日本、瑞士等国家,聚焦于深入理解钙钛矿电池载流子输运,光、电学损失及失效机制等关键科学问题,开发了效率达24.6%的钙钛矿/铜铟镓硒四端叠层电池(世界记录25.9%),在国际上首次实现电池在真空下连续工作4750小时效率保持在80%以上的记录,为钙钛矿电池的空间应用奠定基础。提出了解决钙钛矿薄膜大面积均匀涂布及电池使用过程中铅泄露等产业化技术难题的有效策略。相关工作在NatureEnergy等国际顶尖期刊上发表47篇,其中8篇被ESI评选为高引用论文,成为行业新秀。

事实上,钙钛矿材料2009年首次应用于光伏技术,但十余年间,钙钛矿太阳能电池的光电能量转换效率突飞猛进,目前已超过多晶硅太阳能电池,而发电成本却低于硅电池。因此,钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。

“十四五”期间,国家智慧能源系统的建设将以高能效为中心,以需求作为导向。钙钛矿太阳能电池凭借制备成本低、工艺简单、轻质及易集成等特点,未来在小型化智能电子器件、可穿戴能源器件,建筑一体化光伏,航空航天光伏等领域具有广泛的应用前景。

既然钙钛矿电池很便宜,发电又“给力”,应用广泛,那为什么目前市面上还是硅电池更常见?

姜岩教授坦言:“这种新型太阳能电池‘不好做’。”其中,太阳能电池的关键部位是钙钛矿薄膜,这种薄膜面积要足够大、质量要足够好,才能应用,实现市场化。现阶段,超过22%国际认证效率的钙钛矿太阳能电池模块面积只能达到1平方厘米,依靠现有制备薄膜的技术,钙钛矿薄膜的面积越大,越容易出现缺陷,电池的效率就越低。

目前,姜岩教授带领团队,选择热力学稳定的钙钛矿材料体系,研发易于放大的钙钛矿薄膜制备工艺,优化钙钛矿单节及叠层电池结构,以降低电池内部的光学及电学损失,提高电池的性能及稳定性。致力于理解钙钛矿基太阳能电池光学、电学损失及失效机制,解决钙钛矿基太阳能电池市场化过程中面临的技术挑战。

松山湖适合创新创业

“谁掌握材料,谁就掌握未来!”中科院院士、松山湖材料实验室理事长王恩哥的期待,正逐步变成现实。

目前,松山湖材料实验室布局前沿科学研究、公共技术平台和大科学装置,创新样板工厂,粤港澳交叉科学中心四大核心板块,形成前沿基础研究、应用基础研究、产业技术研究、产业转化的创新模式。强大的科研力量,让松山湖材料实验室成为吸引人才的“磁场”。短短三年间,东莞松山湖材料实验室就吸引了近900名科技人才,其中就有8名院士、376名博士人才,承担国家自然科学基金、国家重点研发计划的46项目,引进创新样板工厂团队24个,并与多个国内外著名企业开展深度产业化的合作。

近年来,东莞市紧抓粤港澳大湾区国际科技创新中心和综合性国家科学中心建设的机遇,在松山湖科学城构建了从基础研究到产业培育的完整创新生态:这里既有中国散裂中子源、南方先进光源等世界性的大科学装置,又有松山湖材料实验室等科技创新平台,还吸纳了华为、生益科技等众多龙头企业,为推进国际性的创新创业打下了良好基础。

松山湖还提供优质的硬件和服务,科研人才开展创新创业提供全方位、全时段的支持。

在硬件配套上,松山湖瞄准国内外高层次人才需求,高质量推进环境升级,在社区里注入国际化、智能化、年轻化的元素,为科学家和创业者工作、生活提供多元化的配套。如引进国际化的商业品牌和服务平台,建设健身房等生活设施;引进一批“网红”品牌,吸引青年人才居住;实现社区5G全覆盖,通过智能识别、精确导航等技术加强园区的智能化管理等。

在软环境上,松山湖致力于提供适合创新创业的低成本、高水平服务。在政策引导上,东莞将把先行先试政策放在社区实施,打造为科技体制机制改革的试验田,并研究出台专项扶持政策,对场地补贴、科技金融、项目配套等予以支持。在活动组织上,将把院士峰会、技术经理人培训班、创新创业大赛引入松山湖,打造高层次的创新创业“朋友圈”。

汪卫华院士的大力支持下,姜岩来到东莞松山湖材料实验室,仅仅一年时间就搭建了平台、组建了团队,正在科研赛道上飞驰。“东莞人才服务制度化、常态化、人情化、高效化。爱人就近工作,我没有后顾之忧,完全可以安居乐业。”姜岩坦言:“目前有平台,有课题,科研经费充足,非常欢迎硕士、博士研究生、博士后研究人才加盟,一起在科研赛道上比翼齐飞。”


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