湖北日报全媒采访人员 文俊 通讯员 丁仕琼 田聪聪 实习生 刘瑾
【团队|把太阳能“印刷”成电能】“作为廉价清洁能源领域的翘楚 ， 钙钛矿光伏技术的研究意义更加凸显 。 如果能走出实验室、走上生产线 ， 用电成本将大大降低 ， 有利于实现‘碳中和’的目标……”近日 ， 国际著名学术期刊《Science》发表武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室的太阳能电池研究成果论文 ， 该研究首次提出钙钛矿原位两步法制备策略 ， 解决了钙钛矿太阳能电池大面积制备难题 ， 实现了高效稳定太阳能电池组件的印刷制备 。
作为该论文唯一通讯作者 ， 黄福志教授接受了湖北日报全媒采访人员的专访 。
没有“帽子” ， 也要回国
1995年 ， 黄福志考入北京大学化学与分子工程学院攻读学士、硕士 ， 毕业后赴澳大利亚墨尔本大学攻读博士 ， 在莫纳什大学从事博士后研究 。
小小的二氧化钛纳米颗粒居然能够源源不断地将太阳能转化为电能 ， 还不会像传统能源那样产生巨大的污染 。 黄福志被太阳能电池深深吸引 ， 他暗下决心 ， 要将这一研究真正落实到应用 ， 为社会做出贡献 。
2015年 ， 为了更好地实现钙钛矿太阳能电池产业化 ， 黄福志选择回到武汉理工大学 。 当时黄福志和家人已在澳大利亚生活多年 ， 回国一切都要重新开始 。 为了“将科研论文写在祖国大地上” ， 黄福志没有犹豫 ， 毅然举家回国 。
“虽然当时只是作为一个没有任何‘帽子’的普通研究者回国工作 ， 但是只要能够持续推进钙钛矿光伏技术研究 ， 为祖国的发展尽自己的一份力 ， 也值了！”回忆当时的选择 ， 黄福志毫不后悔 。
回国后 ， 学校和材料复合新技术国家重点实验室迅速帮他组建了团队 ， 短短几个月就建好了实验室 ， 购置了各类研究所需的器件制备和表征仪器 。
在“冷板凳”上钻研“热课题”
黄福志及团队成员希望集中力量 ， 尽快攻克技术难题、推进科研进度 。 然而 ， 钙钛矿光伏是新兴技术 ， 有很多问题尚未明晰 ， 实验效果始终与预期存在差距 。
此时 ， 黄福志又面临新的生活考验：孩子对国内教育环境不适应 ， 家中至亲相继因病去世……“那是一段非常艰难的日子 。 当时很多人跟我说 ， 要多出去开会 ， 让更多的人认识自己 。 可是时间有限 ， 我还是想将更多精力投入到科研攻关中 ， 最重要的还是要做出成果 ， 所以我每年只参加一次会议以了解领域进展 。 ”他坦言 。
经过一段时间努力 ， 黄福志及团队制备的小尺寸钙钛矿电池（PSC）光电转换效率已经达到国际领先水平 ， 进而着手将小电池制备成大面积组件 。 这一过程主要利用slot-die coating法（狭缝挤出涂布法） ， 像“印报纸”一样快速印刷制备钙钛矿薄膜 。 但当时实验室只有一台小型的slot-die刮涂机 ， 精度和稳定性无法满足基本制备需要；购买国外的刮涂机 ， 对方给出300多万元的报价 ， 成本远高于预期而且采购周期长 。
不马上解决设备问题 ， 制备高效稳定的大面积钙钛矿组件、推进钙钛矿产业化将沦为空谈 。 黄福志带领团队师生深入钻研 ， 鏖战近两个月 ， 终于设计搭建了一台能够满足使用需求的高精度设备 ， 为大面积钙钛矿组件效率不断攀升、重复性大幅度提升打下了坚实基础 。
不抢发论文 ， 先完善技术
2019年 ， 黄福志及团队攻克了大面积制备的主要难点 ， 取得了重要进展 。 又一个抉择出现了：钙钛矿技术发展很快 ， 是赶紧把论文写出来、抢先发表 ， 还是继续深入完善整个技术？黄福志思索再三 ， 认为当时还有部分问题没有完全弄清 ， 器件效率和稳定性还可以进一步提升 ， 因而选择了后者 。
经过一年半的艰苦努力 ， 黄福志及团队终于完善了整个技术并在今年春节将研究成果投递到《Science》杂志 ， 文章经一次修改后被顺利接收 。 “《Science》审稿非常严苛 。 如果2019年我们就匆匆撰写文章投稿 ， 虽然也很有价值 ， 但不会有这次这么顺利 。 ”黄福志说 。
采访人员问 ， 如何理解科学精神？黄福志脸上多了几分庄重：“科学精神的核心就是钻研与严谨 ， 只有具备钻研精神才能发现问题 ， 只有保持严谨才能正确地解决问题 。 ”对此 ， 他的学生、2019级硕士研究生田聪聪有着切身感受：“科研攻关的过程中 ， 黄老师始终与我们待在实验室 ， 为了一个实验数据和结果的完美呈现 ， 要经历多次失败和试错 。 ”
在材料复合新技术国家重点实验室 ， 有许多老师秉持“十年磨一剑”的科研攻关精神 。 与黄福志同在太阳能电池团队的李蔚所研究的钙钛矿电池的TEM表征属于冷门方向 ， 他6年扎根研究 ， 今年取得突破性进展 ， 成果发表在国际能源顶级期刊《Nature Energy》 。 唐浩林老师十几年埋头燃料电池膜电极的研究 ， 最终攻克难关 ， 很多公司找上门寻求合作……
该实验室党总支书记罗小寒说 ， 经过30余年的发展 ， 材料复合新技术国家重点实验室“坚守初心、矢志创新”的精神文化引领一代又一代青年投身科研、勇攀高峰 ， 他们淡泊名利、集智攻关、甘为人梯 ， 为祖国科研事业接续奋斗 。
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