不断提升太阳能光电转换效率

能源问题是关乎人类未来的关键问题之一，太阳能作为一种清洁能源具有广阔的应用前景。太阳能电池能够将太阳能直接转化为电能，是太阳能应用的重要方式。目前，硅太阳能电池生产成本一直相对较高，光电转换效率已近极限，难以满足新兴应用场景的特殊要求。
 
作为新一代光伏技术，量子点太阳能电池具有独特的多重激子效应和热载流子效应，有望突破传统光伏理论的限制，光吸收强、耐弯折、颜色可调，易与建筑、交通工具、消费电子、户外用品等结合，在创新“光伏+”模式、推动智能光伏产业升级和特色应用方面展现出巨大前景。白杨博士从2010年就对量子点光伏技术产生了浓厚的兴趣，做了大量的研究工作，尽管过程困难重重，却坚持不懈，直到2018年终于成功创造了当时量子点太阳能电池效率16.6%的世界纪录。白杨2022年春天从澳大利亚昆士兰大学离职，带着对新型光伏技术研究的坚持和梦想，正式加盟深圳先进院碳中和所，还将成为深圳理工大学材料科学与能源工程学院的一名博士生导师。
 
2018年11月，白杨从澳大利亚昆士兰大学给纽波特光伏效率认证实验室寄出三块太阳能电池样本，一个星期后收到了回复，三块电池的转换效率均高于现有的世界纪录，创造了新一代量子点太阳能电池效率的世界纪录：16.6%，这也是昆士兰大学的成果第一次被美国国家可再生能源实验室收入“全球太阳能电池实验室最高效率图”。该工作被化学工程师学会作为亮点收录于2019年的“澳大利亚科研展示集”，其学术文章作为封面于2020年发表在全球顶级期刊《自然·能源》上。
 
为了取得这一突破，白杨自2010年博士研究生学习阶段坚持了8年时间。2014年，白杨自昆士兰大学化学工程专业博士毕业，先在昆士兰大学做了一年博士后研究，又来到美国内布拉斯加大学林肯分校机械与材料工程系做了两年博士后研究。他看到，钙钛矿太阳能电池商业化面临一个非常大的障碍，转换效率和运行稳定性会随着规模的扩大而下降，这使保持高性能成为挑战。因此，白杨主要致力于改善钙钛矿太阳能电池的稳定性，以第一作者及合作作者身份发表了10多篇重要的学术文章。
 
2017—2018年，白杨先后获得了澳大利亚昆士兰大学人才发展基金和澳大利亚基金委颁发的优秀青年基金，并加盟澳大利亚昆士兰大学生物工程与纳米技术研究所，任研究小组组长。
 
白杨回忆道：“我调整了研究方向，做新型量子点太阳能电池，也就是我申报澳大利亚基金委优秀青年基金时的课题。当时跟王连洲教授一起指导一名博士生开发量子点太阳能电池，这属于第三代太阳能电池技术，具有轻薄、可弯折、透明度大等诸多优点，应用场景非常广阔，不仅可以用于建筑玻璃一体化，还能用在可穿戴设备上。在美国一直探索改善钙钛矿太阳能电池的稳定性，现在发现做成量子点的稳定性更好，离子迁移导致的衰减也有很大改善。澳大利亚临海气候潮湿，我们就买了两台除湿机放在实验室，经过一年半的时间，将效率做到了15%，已经打破了之前13.4%的世界纪录。我们觉得还有提升空间，开发了一种新的表面化学调控方法，不仅可以稳定量子点，还可以改善载流子分离输运性质。直到效率提升至16.6%，我们才感到真正的兴奋。”
 
白杨申请了新型量子点太阳能电池的发明专利，也获得了2019年Scopus青年研究奖、2019年昆士兰大学杰出基础研究奖等多项殊荣。