袁岚峰:您自己研究的,主要是钙钛矿的太阳能电池是吧?
徐集贤:对。
袁岚峰:但是了解多一点才发现,这个钙钛矿可能既不含钙,也不含钛,对吧?所以它到底是个什么东西呢?
徐集贤:钙钛矿,它相当于是一个俗称,它的晶体结构是ABX3这种晶体结构的统称。我们太阳能用的钙钛矿叫金属卤化物钙钛矿,它其实是个人造材料。
袁岚峰:哦,大自然本来没有的,是你们合成出来的?
徐集贤:是人工合成的,形成这样的晶体结构。
袁岚峰:因为我也学过一点固体化学,所以我知道有非常多的晶体结构。除了钙钛矿之外,比如说氯化钠结构,比如说闪锌矿结构,简直是数不胜数。为什么你们做光伏的这么重视钙钛矿?
徐集贤:其实也不是我们重视,是我们遇到了。从晶硅以后还有三五族(半导体),这是一个标杆性的光伏材料,这些都是单晶材料,能耗比较高。要做单晶,它的制备条件也比较难。近三十年来,人们就在讲,我寻找新一代的太阳能材料,最好能跟印报纸、摊煎饼一样的难度,我们叫 kitchensink(厨房水槽),就是厨房化学的条件,这里面核心就是材料。
像我自己都做了两三种光伏材料,我们为什么最近(研究)钙钛矿材料?因为我们发现这个钙钛矿材料它实际上是一个多晶材料,是多晶薄膜,它的厚度只有晶硅的几百分之一。我们现在的薄膜只要五百纳米到一微米就能把光大概吸完了,所以它的用料会很省。它的制备也就是溶液法,后面刮涂等,其实就很像摊煎饼一样。它的制备温度也就是一两百度以下,整体来说,整个制备周期里面的能耗会降低很多。它的另一个神奇之处,就是它的效率也很高。我用最糙的材料和最糙的方法,单从效率层面已经和晶硅很接近了。
我2012年和2013年在博士期间,开始进入研究钙钛矿这个领域。很幸运,我第一个工作其实是一个理论第一性原理的计算。计算结果告诉我们说这个材料不一般,它的形成是很容易的,所以首先它是热力学稳定的。第二个,做缺陷化学的计算,发现它很容易形成缺陷,这也和事实很符合。但是它形成的大部分缺陷竟然是不致命的缺陷,就是它的缺陷容忍度非常高。所以有了这个指导,我们就可以下决心说这个材料“天赋异禀”,是可以坚持做下去的。到了现在,我们实验室做的器件可以达到26%、27%接近28%的水平。晶硅也是这个水平,其他新型太阳能电池的水平大概都是20%左右。其实做光伏产业还有科学家、科研人员前仆后继做了很多路径探索,目前探索到现在的钙钛矿,也是我们比较幸运。