本刊記者 劉玉杰

不需要電池，只要把充電線插在衣服或者背包上的固定接口，隨身聽就能暢聽無阻；出差在外，不必再擔(dān)心筆記本電腦的電池不夠用，只要把電腦對(duì)著光源，就能任意使用……

這些便捷或許是現(xiàn)在很多年輕“電子一族”可望仍不可及的夢(mèng)想?？萍既招略庐悾∧ぬ栯姵氐某霈F(xiàn)，告訴我們這些夢(mèng)想不再遙遠(yuǎn)。這種新型太陽電池像紙張一樣薄，可以彎曲折疊，所以被普遍應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域。不僅如此它還能應(yīng)用于地面：既能安裝在建筑物的頂樓，甚至側(cè)窗上；還能“印刷”在衣服、雨傘、背包、帳篷等隨身物品上，只要有一點(diǎn)“空地”，它就能收集能量。

為使這一夢(mèng)想能更好更快地實(shí)現(xiàn)，南開大學(xué)光電子薄膜器件與技術(shù)研究所侯國付副研究員一直在新型太陽電池材料與器件研究領(lǐng)域里努力耕耘著。

一步一腳印，奠定光伏研究基礎(chǔ)

眾所周知，人類生存環(huán)境的惡化和能源的日益短缺是當(dāng)今世界面臨的兩個(gè)重大問題，而新型可再生能源是解決上述問題的根本出路，其中太陽能由于其清潔、取之不盡、用之不竭成為新能源的首選。而在太陽能的有效利用中，光伏發(fā)電具有安全可靠、無污染、可再生等優(yōu)點(diǎn)，是可再生能源中重要的組成部分，也是近年來發(fā)展最快、最具活力、最受矚目的研究領(lǐng)域，國際上許多國家都把太陽能光伏作為重要的研究發(fā)展方向。

對(duì)于侯國付來說，他的科研人生是一個(gè)又一個(gè)“艱苦卻很快樂”的科研片段累積起來的。

“渤海之濱，白河之津，巍巍我南開精神……”侯國付求學(xué)階段中最重要的旅程是在南開這座著名學(xué)府里度過的。茵茵校園，學(xué)術(shù)范圍濃厚，不僅有白發(fā)蒼蒼的學(xué)術(shù)巨匠也有求知若渴的莘莘學(xué)子。侯國付，就是在這一氛圍里成長起來。通過多年努力，他先后拿到了碩士和博士學(xué)位，并最終選擇留校，由此正式踏上了研究之路。

從2002年至2009年10月，侯國付一直在南開大學(xué)從事硅基薄膜光伏材料和太陽電池的制備、性能表征和分析等研究，期間負(fù)責(zé)了多項(xiàng)關(guān)于高速沉積高效率硅基薄膜太陽電池的研究工作，重點(diǎn)是采用甚高頻和高壓高功率相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)高速沉積高效率硅基薄膜太陽電池的研究。圍繞這一研究先后獲得多項(xiàng)研究成果，包括提出一種具有量子尺寸展寬效應(yīng)的納米硅薄膜nc-Si:H材料，將高溫沉積的pin型非晶硅太陽電池的開路電壓提高到945mV，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.4%。針對(duì)高速沉積的微晶硅太陽電池中非晶態(tài)孵化層偏厚的狀況，提出一種采用低沉積速率沉積高晶化率和高質(zhì)量p/i界面層的方法，有效地減小了p/i界面的孵化層厚度，減小了粒子轟擊和界面處的缺陷；提出一種功率梯度漸變的方法來調(diào)控微晶硅本征層的整體縱向結(jié)構(gòu)演化，有效減小了體缺陷態(tài)密度，太陽電池性能提升明顯，并獲得多項(xiàng)中國發(fā)明專利。采用上述方法，并進(jìn)一步優(yōu)化各層材料，在1.2nm/s的較高沉積速率下獲得了效率達(dá)9.36%的單結(jié)微晶硅太陽電池，為當(dāng)時(shí)的國內(nèi)記錄。

2009年11月，懷抱繼續(xù)深造夢(mèng)想的侯國付跨出國門，遠(yuǎn)赴美國托萊多大學(xué)物理與天文系任博士后副研究員。時(shí)間雖然短暫，但是有機(jī)會(huì)深入地接觸到有關(guān)于高速率沉積高效非晶硅基太陽電池研究領(lǐng)域的先進(jìn)知識(shí)，開闊了研究思路。留美期間共申請(qǐng)2項(xiàng)美國專利，發(fā)表文章4篇，為之后的硅基薄膜太陽電池進(jìn)一步深入研究打下了更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2010年12月，學(xué)成歸國的侯國付又回到了與他有著深厚感情的南開大學(xué)，站在新的起點(diǎn)上，開啟了他“下一代太陽電池研究征程”。

立足新起點(diǎn)，迎來光伏發(fā)展新春天

回國后，立足薄膜太陽電池領(lǐng)域的國際前沿研究趨勢，侯國付進(jìn)一步將自己的科研工作拓展至新型窄帶隙光伏材料，以及微納米結(jié)構(gòu)和材料在下一代光伏中的應(yīng)用等領(lǐng)域。雖然回國的時(shí)間不長，但已經(jīng)作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)起國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、天津市應(yīng)用基礎(chǔ)及前沿技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目，以及科技部“863”重大項(xiàng)目子課題等。研究內(nèi)容涉及窄帶隙光伏材料β-FeSi2的研究，用于太陽電池的光子晶體陷光結(jié)構(gòu)，以及柔性襯底寬光譜多結(jié)高效硅基薄膜太陽電池技術(shù)研究。

對(duì)于太陽電池來講，為了減少材料消耗，進(jìn)而降低電池成本，薄層化一直是太陽電池的非常重要發(fā)展趨勢之一。無論對(duì)哪種電池來說，隨著材料厚度的降低，如何采用有效的陷光結(jié)構(gòu)來提高入射光（特別是近紅外長波光）的利用率都非常關(guān)鍵。為了更有效的利用入射光，科研人員探索了一些新型的陷光材料和結(jié)構(gòu)。其中，基于光子晶體的陷光結(jié)構(gòu)及其在太陽電池中的應(yīng)用逐漸引起人們的廣泛興趣。

針對(duì)這一熱點(diǎn)問題，侯國付“明知山有虎，偏向虎山行”，對(duì)光子晶體陷光結(jié)構(gòu)的陷光機(jī)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其在太陽電池中的應(yīng)用展開了系列“攻堅(jiān)之戰(zhàn)”。

據(jù)悉，光子晶體陷光結(jié)構(gòu)及其在太陽電池中的應(yīng)用方面的研究只有五、六年的時(shí)間，多數(shù)報(bào)道僅僅從光學(xué)的角度考慮光子晶體的作用，而要做成實(shí)際的太陽電池，還必須要求光子晶體結(jié)構(gòu)的加入不會(huì)影響到光生載流子的輸運(yùn)過程，這是目前存在的根本問題！鑒于光子晶體陷光結(jié)構(gòu)在提高太陽電池性能方面的顯著作用，借鑒目前有關(guān)研究各種方法中的優(yōu)點(diǎn)，并針對(duì)存在的問題，侯國付提出通過薄膜型光子晶體和光柵相結(jié)合的方法來提高光吸收效率的研究思路，并以在晶硅電池和硅薄膜電池中的應(yīng)用為例，揭示光子晶體結(jié)構(gòu)提高光吸收效率的機(jī)理，探索研究具有光子晶體結(jié)構(gòu)的太陽電池吸收層，最終制備出基于光子晶體結(jié)構(gòu)的硅太陽電池原型器件。從器件可實(shí)現(xiàn)性的角度出發(fā)，項(xiàng)目兼顧光子晶體的制備與現(xiàn)有硅薄膜電池制備工藝的兼容性；光子晶體不僅在光學(xué)角度上能夠提高光吸收，而且不會(huì)影響載流子的輸運(yùn)過程。

“十二五”開局之年，我國公布的《“十二五”太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出，在“十二五”期間非晶硅與微晶硅相結(jié)合的疊層和多結(jié)薄膜太陽電池是發(fā)展重點(diǎn)之一。薄膜太陽電池發(fā)展迎來了新一輪的發(fā)展春天。站在新的起點(diǎn)上，乘著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展春風(fēng)，侯國付帶著夢(mèng)想繼續(xù)揚(yáng)帆前行。