楊希川：欲攬七色光華

姜瑩

作為一種新型可再生能源，太陽能憑借的無污染、儲量豐富、不受地域限制等優勢，受到科學家的青睞。充分利用太陽能，成為很多科學家的夢想。

1953年，Bell實驗室成功研制出單晶硅太陽能電池，揭開了人類將太陽能轉化為電能使用的歷史。

但苛刻的制作工藝造成其生產成本高昂，同時，其生產過程中能耗太大，與環保要求不符。直到今天，這些問題仍未得到很好的解決，直接影響到了廣泛民用。

1991年，洛桑聯邦理工學院的瑞士化學家邁克爾·格拉特茲勒（Michael Gr?tzel）教授報道了一種光電轉換效率7%的新型低成本太陽能電池——染料敏化太陽電池。

因為制作工藝簡單，成本相對低廉，且使用壽命長，染料敏化太陽能電池被看作最有希望大規模利用太陽能的可行路徑，特別在近年得到了廣泛的研究和關注。

楊希川，大連理工大學精細化工國家重點實驗室副教授、大連七色光太陽能科技開發有限公司董事長，我國染料敏化太陽能電池研究領域的杰出代表，長期致力于該領域的基礎及產業化應用研究，已經卓有成效。

事實上，楊希川一開始并不是做太陽能電池研究的。

1984年，楊希川畢業于大連工學院化工系染料及中間體專業，3年后獲得該校精細化工專業碩士學位。2002年，他拿到大連理工大學博士學位，專業是應用化學。

在這期間，楊希川主要從事染料新產品的開發工作，他領導了20多個化工新產品從實驗室到產業化的開發項目，其中多個產品及技術達到了國際先進水平，填補了國內空白。

而他本人，也在多年的工作中積累了豐富的科研和產業實踐經驗，但化工行業污水治理不到位的問題始終困擾著他。“看著各種顏色的廢水排到大江大河，盡管不是自己的問題，還是覺得心疼和愧疚，覺得應該做些改善環境的工作。”楊希川說。

從化工染料生產，到染料敏化太陽能電池研究，兩者之間的聯系是染料。在跨進新世紀的時候，楊希川接觸到了染料敏化太陽能電池研究，“熱情一下就來了”，新世界的大門從此開啟。

2002年到2004年，他遠赴瑞典斯德哥爾摩大學進行博士后研究，在這其間他學習并掌握了染料敏化太陽能電池這一領域的世界前沿技術。回國后，他便一頭扎進這一領域，全心鉆研。

楊希川介紹，染料敏化太陽能電池的全稱為“染料敏化納米薄膜太陽能電池”，它是模擬自然界中光合作用的光反應。采用吸附染料的納米多孔二氧化鈦半導體膜作為光陽極，并選用適當的氧化-還原電解質，用鍍鉑的導電玻璃作為光陰極，一個簡單的染料敏化太陽能電池就做好了。只要太陽光一照到電池上，它就開始源源不斷地發電了。

相比于現在主流的硅基太陽能電池，染料敏化太陽能電池以納米二氧化鈦、有機光敏染料和導電玻璃等為主要原料，廉價易得；無須超高溫、超高真空、超高純的生產過程，可在常規條件下生產和組裝，這些都使得其生產成本大幅降低。

同時，它的生產過程不需要大量能源，原材料和生產工藝都是無毒、無污染的，不產生有污染物質，且部分材料可回收利用，對節約能源、保護環境有重要的意義。

從名字中我們就可以看出，光敏染料是這種電池的核心部分。事實也確實如此，光敏染料在染料敏化太陽能電池工作中發揮光電轉換功能，是獲得高光電轉換效率和長壽命的決定因素之一。世界各地的科學家都在為獲得更高的轉化率而努力。

楊希川的研究就是從光敏染料開始的。立足于博士后研究階段的研究積累，相關進展很快。

2004年初，楊希川帶領團隊合成了首個四氫喹啉有機光敏染料；

2005年11月，小面積電池組裝取得突破；

2006年，測試條件完善，楊希川開發了一批新型有機光敏染料，并申請了首項中國專利。

2007年1月，以所擁有的新型有機光敏染料為核心技術，楊希川創立大連七色光太陽能科技開發有限公司，致力于第三代太陽能電池材料和儀器的基礎研發與產業化推廣。

面向實驗室和面向市場完全不同，楊希川在創業的過程中充分體會到了這一點。資金問題、人才問題、資源問題，各種問題接踵而至。楊希川和七色光在重重壓力下，緩慢前行。

他們已經在艱苦地攻關過程中，將染料敏化太陽能電池的實驗室光電轉換效率提升到11.5%，并做出了400mm乘以400mm的單板太陽能電池，至今已運行五年還在穩定工作，為大規模的工業化生產奠定了基礎。

在做好科研的同時，他們積極爭取國家科技型中小企業創新基金等相關政策的支持；打造了知識結構互補的研發團隊，與著名理工高校建立長期伙伴關系，保證人才供給；他們還積極加強與國外大公司的聯系，并于2013年8月與瑞典Dyenamo AB公司正式達成戰略合作關系，成為其在中國的獨家代理商。

楊希川十分清楚，當面向市場的時候，成本變得尤為重要。如何在可接受的成本下，提高光電轉化效率成為關鍵。

楊希川介紹，目前染料敏化太陽能電池產業化遇到的最大困難，就是光電轉化效率不夠高。據了解，目前有報道的染料敏化太陽能電池的光電轉化率在實驗室最高能到13%，但在產業化進程中能做到10%都非常困難。

此外，這一電池的產業化應用還面臨另一難題，即電池電解質的密封問題。“它的電解質是液體的，要密封或長時間使用都比較困難。從目前的情況來看，將來比較大的可能是發展固態的染料敏化太陽電池。”目前他所領導的團隊也在朝著固態染料敏化太陽電池的方向做研究積累，已經能夠實現7%-8%的光電轉化效率。

在做好固有工作的同時，楊希川也在緊跟科研熱點，拓展七色光科技的研究領域。

2014年，七色光科技推出專門針對鈣鈦礦太陽能電池的專用材料。

鈣鈦礦太陽能電池，是以鈣鈦礦型化合物為吸光材料的薄膜太陽能電池，是繼染料敏化、量子點敏化之后的又一基于納米半導體材料的新型太陽能電池。它與染料敏化太陽能電池有很多相通之處，它的優勢除了制作簡單、成本低之外，還有光電轉化效率非常高。

得益于鈣鈦礦性化合物獨特的光電性能，鈣鈦礦太陽能電池具有優異的光電轉換效率，短短幾年時間，轉換率已經達到22%左右。它的主要問題在于，穩定性不夠，這是目前楊希川和其他課題組都在竭力攻克的難題。

現階段，楊希川的主要精力在帶領團隊做更大力度的基礎研發，希望能夠在染料敏化太陽能電池的光電轉換效率提高、鈣鈦礦太陽能電池的穩定性提升方面取得突破，以基礎研究突破推動產業化研究進步，以期在與傳統硅基太陽能電池競爭中具備更大的優勢。

“新型光伏、創造希望、實業報國、共同成長。”遵循這一使命，楊希川和七色光在領導和朋友的支持下走到了今天，盡管困難不斷，但他們從未停下前進的腳步。楊希川說他們會繼續拼搏，為了最初的目標。他也希望能夠得到國家相關部門的大力支持，希望有更多志同道合者加入進來，共同為中國第三代太陽能電池的產業化進程貢獻力量。