- 黄春辉院士（右）与主持人郭桐兴（腾讯科技摄）
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腾讯科技讯 2009年6月23日10时30分，中国科学院黄春辉院士做客腾讯网，就再生能源与太阳能电池等话题与腾讯网友交流。
黄院士表示，从目前来看，老百姓肯定用不起太阳能电池，太阳能发电折合人民币要10多元一瓦，因此，要普及还需要做很多研究。“我们的目标是将硅太阳能电池所产生的电能够降到0.33美元合人民币2块多钱。虽然太阳能发电比现在用的煤发电要贵，但如果以后煤没有了，我们还是得用，只不过多花点电钱。“但目前来说在十年的范畴内，降到这样的水平还有困难，只能降到1美元到1.5美元这样的水平。”
黄春辉认为，由于我国现在投入能源方面的经费在增加，拿就业来说，掌握这项技术的学生会比较容易就业。
以下是访谈实录：
郭桐兴：各位观众大家上午好，欢迎大家来到院士访谈，今天我们非常荣幸的请到了中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授、复旦大学先进材料与技术研究院教授、我国著名的无机化学家黄春辉院士，黄老师您好。
黄春辉：您好。
郭桐兴：前几天我看了一个报道，就是介绍台湾的台虹科技股份有限公司在江西新余市准备投资30个亿建立一个太阳能电池生产线，这个规模大概是500兆瓦，据说今年年底之前要形成100兆瓦的产能，通过这个事情让我们联想到当今全球能源的危机，太阳能电池已经是人类解决能源危机的一个很好的办法之一，今天我们想请黄老师就太阳能电池这个话题，谈一谈您的一些看法和见解。首先我们想请黄老师给我们介绍一下，什么是太阳能电池?
黄春辉：我想在讲什么是太阳能电池以前，先讲一下能源对我们社会的重要性，大家都知道人类维系可持续发展首先的条件就是能源可持续发展，如果说我们没有电了怎么办？那是个黑暗的社会，所以大家都很容易想到能源的重要性，能源粗略来分可以分成可再生能源和不可再生能源两大类，比如说我们用的煤、石油是不可再生能源，包括天然气、核电站用的铀等等，都是在几亿年以前就经过很多地壳的变化才产生的，比如说煤我们烧一块就少一块，烧完就没有了。
再一种类型就是可再生的，比如说我们可以种植物，比如说种玉米，用玉米发酵可以生产酒精，但是这毕竟是有限的。在当今世界上还有很多人吃不饱饭，我们不能把大量的粮食都烧掉。
郭桐兴：把粮食都做能源这也是个问题。
黄春辉：当然还有其他的办法，例如：风力是可再生的，今天刮过去明天还会有，再一个很大的来源就是太阳能，人们有一个估算，太阳每年照到地球表面的能量是3x1024焦耳，我们可以用通俗的比喻来说，我们人类一年用的能源是它的万分之一，也就是说太阳每年投到地球表面上的能量够我们人类目前消耗量的一万倍，它是富富有余的，足够人类享用了。但是也有一点并不是说所有的能量我们都可以用，投到地球表面有的地方高山、有的地方是海平面，或者有时候阴天下雨太阳光不能到达地表等等。现在人们是这样测算的，就是如果把照到地球表面的太阳能的千分之一，按照百分之十的转化率来转化成电，（千分之一乘百分之十就是万分之一了），能把这万分之一转化为电能就能够满足人类目前的消费了。太阳能要转化才能使用，比如我们研究的太阳能电池就是一个转化方式。
我们中国是一个能源非常缺乏的国家，就拿石油来说，世界已经探明可开采的石油，如果说是可以用60年，而我们国家只够20几年就没了。用铀我们可以建造反应堆，按照现在的使用速度也就是够用几十年，比如说是60年，而我们中国只够用20几年，都比世界的储量要少得多。
郭桐兴：看起来还是存在着相当的危机啊。
黄春辉：拿煤来说，煤在世界范围里面探明的储量大概还够用260年左右，而中国是100年左右就已经用完了，所以应该说我们中国是一个能源奇缺的国家，这个国情我们必须知道。所以现在要把太阳能转化成电能或者是热能。现在太阳能的热水器有了，但是热能的储存还存在一些问题，我们更多地是想把太阳能转化成电能。
郭桐兴：给我们简单介绍一下太阳能电池怎么转化为电能，给我们介绍一下原理好吗?
黄春辉：这个原理比较复杂，有各类的太阳电池能都不一样，比如说半导体被太阳照射以后，在p-n结的界面上就会产生空穴-电子对，它们分别引向阴极和阳极，这样就产生电流了。又如，太阳能照到染料上，染料自身受激发，丢去掉一个电子以后，自己氧化了，另外从阴极来的电子使它还原，又恢复到原来的状态。总的来说都是把太阳光转变成电的物理过程。
我们刚才说百分之十，我们把太阳能的千分之一按照百分之十的转化率来转化为电能，就可以够我们人类目前的消耗水平了。其实光电这样的现象是很早就被发现了，所谓的光伏效应，在100多年以前就已经发现了，但是因为那时候能源问题不是很迫切。还停留在实验室的一些研究中。到了近代问题提出来了，才受到重视。
太阳能电池可以分为好多类，也可以按照材料来分，例如半导体。也可以按照进程来分。比如说第一代的太阳能电池主要是硅电池，什么叫硅呢？大家都知道沙子，学名叫石英，它是氧化硅，首先要把氧化硅变成硅，变成硅以后要提纯到很高的纯度，然后根据不同的需要再来掺杂形成硅的p-n结电池，现在我们转化率的目标是百分之十，这类电池的理论光电转化效率可以达到百分之三十几。目前，在实验室可以达到百分之二十几，而且它的稳定性也很好，现在已经有很多实际的用处了，主要用在高科技方面。比如我们看到的航天器，航天器在升空的时候需要用氢气来燃烧把它推进到宇宙空间去， 到了太空，航天器展开“翅膀”，这“翅膀”实际上就是太阳能电池，那个时候太阳能电池接受太阳的光，并把太阳的光转化成电来维持航天器的运转，以及包括它将来降落时所需要的能量都是从太阳能转化来的。转化率比较高，也比较稳定、可靠，上天的事不能随便马虎，万一坏了怎么办。
硅太阳能电池光电转化效率高、又很稳定，这样说是不是问题就解决了呢？不是这样！为什么老百姓不用呢？就是因为太贵，成本太高老百姓用不起。说一个数字，在80年代的时候硅太阳能电池生产出来的一瓦电是22美元。
郭桐兴：折合人民币就是100多块钱一度，民用的可能性很小。
黄春辉：老百姓肯定是用不起，过了20年到了2000年随着科技的发展，价格降下来了，降到4美元，但是也很贵。我们的目标是将硅太阳能电池所产生的电能够降到0.33美元合人民币2块多钱就差不多了。当然，实际上他比我们现在用的煤发电还要贵。如果那时候煤没有了，我们还是得用，只不过多花点电钱。但是目前来说在十年的范畴内，降到这样的水平，还有困难，只能降到1美元到1.5美元这样的水平。
郭桐兴：合人民币也是10多块钱。
黄春辉：对，所以到现在还没有解决老百姓用电的问题。怎么办？因此现在第二代的产品也在研究。
郭桐兴：第二代是什么产品？
黄春辉：主要是半导体硫化镉、锑化镉或铜铟硒等组成的电池，这样的太阳能电池的光电转化效率也比较高，也有百分之二十多，但是我们知道硫化镉不利于环保，生产本身对环境就有污染，所以这样的太阳能电池目前占的市场份额还很少，所以硅是太阳能电池主打的产品，它占的份额是90%多。
郭桐兴：硅做的太阳能电池是不是相对比较环保一些？
黄春辉：看怎么说，制作这样的太阳能电池本身也需要能量，你想从沙变成硅，化学键断裂本身需要能量，再加上提纯，整个过程是要耗费很多能量的，我们现在还可以，到没有能源的时候怎么办？所以这个问题人们必须提前想到，所以这样产生了第三代的太阳能电池。
郭桐兴：第三代太阳能电池会是什么样呢？
黄春辉：现在还不能说哪个是第三代，因为现在是五花八门的都有。比如学校的实验室在研究、研究所也在研究，现在虽然是处于世界经济危机之中，可是奥巴马上台以后削减了很多开支，唯独能源和生命科学加了钱，我们国家也是这样。
郭桐兴：不降反涨?
黄春辉：对！我们国家现在投入能源方面的经费也都在增加，就拿就业来说，如果你掌握这项技术的学生都比较容易就业。
郭桐兴：这方面专业的毕业生找工作应该是没问题的？
黄春辉：不是说没问题，应该说是比较容易，第三代的目标：第一个是廉价，刚才说硅太阳能电池的光电转化率高、稳定性好。但是成本太高，千家万户民用的问题还没有解决。所以我们的目标第一个就是要便宜；第二个你在做的过程中不能用太多的能源，当然一点不用不行，但是不能大量的、像制作硅太阳能电池一样，做起来很费电，这个也算环保，希望不用很多的能量，也不产生很多污染；第三就是稳定性，老百姓买个电视也得用三、五年。如果花了钱在房顶上铺上太阳能电池，半年就坏了，这个投入老百姓就不干了。
郭桐兴：实际上这不符合当前的消费水平！
黄春辉：对，像德国、瑞士这些国家太阳能电池相对用得多的都是政府补贴，政府负责安装、贷款，老百姓一次投资很少，所以要满足这几个条件才能做，从价钱来说我们希望能够越便宜越好，比现在的贵一点但是不能贵得太多。
郭桐兴：起码老百姓能接受！
黄春辉：所以这个问题是目前很重要的一个问题，今后应该是可再生能源代替不可再生能源，这是个大的趋势，比如说像煤和石油，我们都应该省着用，它们可以做好多好多东西，我们穿的衣裳，包括很多高分子的产品，都可以以它们为原料，不要白白把它们烧掉，烧掉是最最可惜的。所以现在我们做太阳能电池的目标就是这样。
郭桐兴：刚才您介绍了太阳能电池发展的历史情况，太阳能电池最早的研制是从哪开始的，请您给我们介绍一下好吗?
黄春辉：最早是法国科学家贝克勒尔于”在实验室里面观察到光伏效应的。
郭桐兴：大约是在什么时间？
黄春辉：1893年。
郭桐兴：您说最早的太阳能电池产生是在什么时间？
黄春辉：1954年第一块有实用价值的太阳能电池在美国贝尔实验室组装成功，当时用的材料是硅，转化率只有百分之六。成批生产应该是在20、30年前，1980年的时候就已经有商业估算了，当然实际上研究会比这个时间更早一些，转化率也没那么高。
郭桐兴：真正进入市场大概是有20、30年的历史，发展历史并不长?
黄春辉：并不长。现在咱们国家太阳能电池还有出口，我问过做太阳能电池的一些企业家，我说你们现在做能不能赚钱？他们说能赚钱。为什么能赚钱呢？因为电池的技术和发达国家相比其实差别并不是很大，为什么能卖出去呢？因为制造它们需要能源。给污染、能耗都留在中国，它们就能拿到终端产品。现在有很多国家已经认识到，比如说像日本、德国不可再生能源很少，它买过来用，可部分代替现在的火力发电。
郭桐兴：一般来说像我们中国，这个产品主要出口哪些国家？
黄春辉：德国、瑞士、日本等等，当然美国也有，但是不是很多，现在太阳能电池生产流水线在南方已经有好几条了，像苏州、上海都有，但是主要产品是第一代，第二代污染比较厉害。像我们现在研究的无机/有机杂化、高分子材料，这些材料将来会便宜一些，希望能够把价钱降低，在降低的同时要保持它的稳定性。
郭桐兴：目前太阳能电池研究的现状，我们国内大概在世界上处于什么水平？
黄春辉：平均来说我们还是低一些，我们有一些好的研究单位、中国的一流大学里面这个水平也并不是差很多，像我有几个学生在国外也是从事这项工作的研究，差别并不是很大，现在我们国家也很重视这个问题，开始加大投入。
郭桐兴：您说第二代半导体太阳能电池只是停留在实验室阶段?
黄春辉：也有，我听说在苏州就有一个生产这方面太阳能电池的，但是我没有到那看过。但是，相对于硅的太阳能电池，少很多。
郭桐兴：相对第一代来说它的转化率是不是高一些？
黄春辉：理论上差不多，都是30%左右的水平，但是现在硅的太阳能电池比较好一些，因为它的技术比较成熟。
郭桐兴：为什么第二代要做呢？
黄春辉： 需要多样化，可能从另外一个角度来讲还是可以寻求一些突破，再往后我自己个人的观点在无机/有机杂化和高分子方面会有突破。
郭桐兴：能不能给我们介绍一下无机/有机杂化的太阳能电池?
黄春辉：具体来说二氧化钛是一个半导体，二氧化钛本身是无机的，用一些有机的染料来敏化吸光，染料吸光，自己本身激发以后将电子传给二氧化钛，经二氧化钛，再传给外电路。实际上这个工作已经开始十多年了。我们知道平板有一个表面积，如果说表面变成纳米材料了，表面可以增加几十倍到几百倍，这样吸的染料就多了，光电转化效率也就高了。这样的电池的光电转化率大概是11-12%，但是各个实验室所报道的数据没有统一的规范，应该说10%左右是可以达到的，但是一旦扩大就会出现效率下降的问题，最主要还是寿命不够，当中有一些电解质，（染料将电子给了二氧化钛以后本身氧化，氧化以后怎样还原？需要电解质将电子由负极传过来）。
这个循环的过程稳定性差一些，所以转化率没有硅电池那么高，从这类电池问世以来，已有10多年了，现在还是停留在实验室的研究阶段，我们国家合肥等离子所做过一个扩大实验，但是还是没有达到普及的程度，是500瓦的规模。
郭桐兴：给我们介绍一下您提到的高分子太阳能电池，它是怎么回事？
黄春辉：顾名思义它是大分子，它的整个材料链是靠化学键结合的，它的分子量是很大的，平常的分子量都是几十或几百，但高分子的分子量可以上万，比如我们穿的衣裳像尼龙都是高分子。它们的分子量比较大，可以在高分子的链条上接了很多功能团，可以有传导的功能、吸光的功能等等，形成功能高分子。这样的材料组成的电池叫高分子太阳能电池。我曾经接到过一个为国外评审的基金申请表，它们提出来的光电转化的指标是9%，但是现在，9%普遍还没有达到。
郭桐兴：转化率相对来说还是比较低?
黄春辉：相对比较低，但是如果这个技术上去了，就会很好，因为这类电池的制作比较容易，可采用一层一层滚动或喷涂的方法来做，或像印刷术那样来制备也可以。
郭桐兴：关键的问题是提高转化率，转化率提高了就有可能达到可以推广、广泛被人类所利用的程度！
黄春辉：对，我们研究太阳能电池的人都希望在能源枯竭以前把这个问题解决。
郭桐兴：上次我到河北廊坊开一个会，河北省政府送每一位嘉宾一个手电筒，好像是保定电五厂生产的，是太阳能的手电筒，把手的位置有3-4公分宽的太阳能电池，在太阳光照一段时间晚上就可以用，等于是太阳能电池的手电筒。
黄春辉：现在太阳能电池除了航天以外还没有广范地进入百姓的生活里，实际上也进入了一些。
郭桐兴：给我们介绍一下，究竟那些地方用上了太阳能电池?
黄春辉：比如说你用的手电。还有平时我们用的手表也有用太阳能电池的，白天的时候必须注意要让它朝着太阳，然后它可以存储一些电来维持运转。
郭桐兴：太阳能电池是不是在灯光下照也管用？
黄春辉：也可以，像手表这些小的东西都还是可以的。
郭桐兴：现在我们也经常看到有关的报道就是太阳能的热水器。
黄春辉：那是另外一类东西，在开始的时候我就说了太阳能可以转变成热能或电能，热能因为存储比较难，载体就是水，我的朋友家房顶上放了一个太阳能的热水器。有时候温度可以达到很高，可以达到84度的水，不光是用来洗澡、洗碗也好都可以用，这是太阳光变成热能的一个例子，大家已经接受了，转化成热能是比较容颜。但是变成电能需要存储，比如说开车的时候要把电瓶拿到车上，有时候晚上用电，白天不用，就需要白天搜集晚上使用，存储的问题比热能更复杂一些，因此它也贵一些。
郭桐兴：我看报道有国外的环保、能源、太阳能汽车，我看太阳能汽车的表面都贴满了太阳能电池。
黄春辉：它把车的表面变成像乌龟壳一样，这样就可以更大面积的接收太阳光，但是造价比较贵。当然还可以放在屋顶上和外墙壁上。
郭桐兴：最后请黄老师跟我们谈一谈，您对太阳能电池研究和发展未来的发展趋势是什么样的？
黄春辉：我觉得这是人类必须解决的问题。如果不解决，煤、石油没有了，核电站也需要不可再生能源，这些都没有了，人不能在黑暗当中生活，社会发展必须要解决能源问题。这是为什么各个国家都很重视，现在这个问题越来越清晰。这个问题必须解决，所以我认为人类是不会坐以待毙的，科学总是要往前发展的，这个问题不是说解决不了，现在可以说解决了一半，转化率也行了、稳定性也行了，就是价钱再便宜一点，可以用别的材料这是一个方案，或者用就硅，用新的技术路线，使成本再便宜一些，这也是一个方案。
郭桐兴：所以说太阳能电池最终的发展方向就像您谈的三点：一个是环保、一个是廉价还有稳定性。
黄春辉：必须得稳定，不能说三天两头坏，现在停一会电大家都觉得不方便。
郭桐兴：这里面是不是还有一个所谓柔韧性的问题？
黄春辉：这个问题可以放在价钱当中来说，也可以放在稳定性当中来说，比如说我们现在用的太阳能电池都是比较硬的硅，如果一场冰雹来了都打碎了就麻烦了，如果我们增加一些柔性就更方便了，比如说我们出去野营的时候带着，卷起来背上，到了目的地，展开，那样就很方便了。
郭桐兴：您说这个将来有可能吗？
黄春辉：肯定是有可能的，高分子的优点就在这里，柔性和韧性都非常好。
郭桐兴：它的不足的地方呢？
黄春辉：目前不足的地方还是转化率低，当然也有稳定性的问题。
郭桐兴：硅太阳能电池是目前比较理想的一种太阳能电池吗？
黄春辉：是这样的，它的工艺比较成熟，转化率比较高有望再进一步提高解决这个问题，研究没有止境，总是想能不能研究出比硅更好的太阳能电池来呢，这里面就有无机/有机杂化的和高分子的。
郭桐兴：您目前正在研究的项目当中有关太阳能电池方面给我们大概做个介绍好吗?
黄春辉：因为我是搞无机化学的，所以我还是研究无机/有机杂化的。这里面也有很多要研究的问题。例如，电解质全固化或半固化问题，电池柔性化问题，更重要的是提高转化率的问题。
郭桐兴：您现在就在从事这方面的研究?
黄春辉：对。
郭桐兴：非常感谢黄老师，也预祝您的科研成果能够早日问世。
黄春辉：谢谢。
郭桐兴：同时也感谢您就太阳能电池的话题做了这么精采的介绍。
黄春辉：因为时间有限，我这里讲的都是很定性的问题。
郭桐兴：谢谢您，同时也感谢大家收看院士访谈，我们在下一期院士访谈再见。