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褚君浩院士与Green Carbon | 太阳能技术发展与双碳目标

已有 608 次阅读 2025-7-22 18:13 |个人分类:2024全国绿碳科学会议|系统分类:科研笔记

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2024年10月17日-19日，2024全国绿碳科学会议在青岛召开。中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所褚君浩研究员应邀出席，并作题为“太阳能技术发展与双碳目标”的主旨报告。

太阳能技术发展与双碳目标

背景介绍

碳排放是全球主要国家关切的环境问题，关系着人类未来的发展，为了减少碳排放，如何高效利用太阳能成为各国研究的重点问题。本次主旨报告中，褚君浩院士以能源与环境问题作为切入点，着重介绍了太阳能技术的发展与利用，最后强调了我国作为负责任大国所规划的双碳目标。

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中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所褚君浩研究员应邀在2024全国绿碳科学会议上作主旨报告

报告内容介绍

1 能源与环境问题

我国是能源生产与消费大国，如何高效利用更加清洁的能源是解决当今环境问题的关键。随着化石能源的广泛使用，温室效应的加重，对环境产生了严重的影响。而且我国当前主要采用火力发电作为发电手段，使得环境问题进一步加剧。为保护人类的共同的家园，我国经过调查研究，制定了详细的减碳计划。褚君浩院士介绍了三种不同的低碳技术：一是减碳技术，开发更加高效的低碳设备，消费端减少碳排放；二是无碳技术，使用更加清洁的能源，如核能、风能、水能、太阳能、生物质能等绿色能源，生产端实现低碳；三是去碳技术，对CO₂进行捕获再利用，将变废为宝。报告中，褚君浩院士根据近年对光电转换的研究，着重讲解无碳技术，尤其是光伏电池领域的发展，以及光伏电池发展对我国双碳目标的重要意义。

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2 太阳能利用技术发展

太阳能电池发展经历了以晶硅为代表的第一代电池，以非晶硅、砷化镓为代表的第二代薄膜电池，及以钙钛矿电池为代表的第三代电池。钙钛矿材料作为一种具有ABX₃结构的材料，自2009年起被用作太阳电池以来，其凭借着材料成本低、可溶液加工、应用范围广等优点成为研究重点。褚院士从钙钛矿材料的优势、钙钛矿单晶等方面进行了详细介绍。

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医药化工是医药产业发展的基础

褚君浩院士指出传统的硅基电池，材料加工耗能较大，而钙钛矿材料可采用低温溶液加工，极大简化制备工艺，且随着卷对卷技术、狭缝涂布工艺的发展，有望进一步实现工艺更简单、成本更低廉的规模制备。且由于ABX₃的结构特点，通过对不同离子的调控，实现带隙可调谐的钙钛矿器件。同时，通过对钙钛矿材料带隙的调控，钙钛矿与硅基叠层器件实现高效互补，可以实现30%以上的转化效率。

此外，钙钛矿材料的优异特性，使其应用范围进一步扩展，在LED、探测、晶体管等都有很好的应用。而且，与晶硅等无机材料相比，钙钛矿材料具有很高的缺陷容忍度、高消光系数和长载流子寿命，在应用方面也体现出很大的优势。

但是，与传统硅基电池的超过25年的寿命相比，当前前钙钛矿电池存在着寿命问题。为了克服这一问题，科学家正在进行深入研究，已经取得很好的进展。同时，研究钙钛矿单晶也是重要方向，可能实现高性能与高稳定性共存。

钙钛矿电池有着极大的发展潜力，在不久的将来能实现高性能与高稳定性共存，并随着柔性器件的发展，将极大扩展太阳能电池的使用范围。

报告中还介绍了III-V族半导体三结高效率太阳电池及其应用展望。

3 科技创新与双碳目标

太阳能有多种利用方式，光电转换是利用光能的主要方式。目前随着各国对绿色能源的需求，国际能源署（IEA）报告预测在2050年全球三分之一的电力将由光伏发电产生。作为负责任大国，我们定下了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标。为了实现这一目标，褚君浩院士强调必须大力发展太阳能光伏技术，实现光伏技术的跨越式发展，这是实现双碳目标的基础。

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专家介绍

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褚君浩院士

褚君浩，中国科学院院士，中国科学院上海技术物理研究所研究员、博士生导师，在窄禁带半导体、非制冷红外探测、太阳能电池和太赫兹物理、材料及器件等诸多红外科学技术领域做出了开创性的工作。2004年获得国家重点实验室计划先进个人奖、国家973计划先进个人奖。担任红外物理国家重点实验室主任期间，实验室在1997年和2002年国家评估中两次评为优秀，成为连续四次评为“优秀”的国家重点实验室。2013年获得上海首届科普教育创新奖的“科普杰出人物奖”。2014年被授予第六届“十佳全国优秀科技工作者”称号。2017年获得首届“全国创新争先奖”奖章。2020年获得联合国工业发展组织上海全球科技创新中心突出贡献奖。在Nat. Electron.、Nat. Commun.、Phys. Rev. Lett.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、Light Sci. & Appl.、Nano Lett.、ACS Nano.等国际著名刊物发表论文1000余篇，出版中英文专著6部（《窄禁带半导体物理学》（褚君浩著，科学出版社，2005年）、《Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductor》(Junhao Chu & Arden Sher, Springer, 2010)、《Devices Physics of Narrow Gap Semiconductor》(Junhao Chu & Arden Sher, Springer, 2010)，等）和编著书籍12部。获得授权发明专利100余项。