華人女科學(xué)家發(fā)明太陽能貼紙比肩馬斯克

美國《外交政策》(《Foreign Policy》)雜志每年都會(huì)選出本年度全球100名用思想塑造了世界的思想者(thinker)。2013年度的100名思想者分為10個(gè)小類別，其中發(fā)明界的10名思想者中不僅有成立特斯拉(207.28, -9.33, -4.31%)電動(dòng)車和民間衛(wèi)星發(fā)射公司的伊隆˙馬斯克(Elon Musk)，更有一位年輕的華人女科學(xué)家鄭曉琳?！锻饨徽摺芬砸痪湓拋砀爬ㄠ崟粤盏呢暙I(xiàn)——“給予我們隨時(shí)隨地的太陽能。”

雙眼皮、大眼睛、皮膚雪白的鄭曉琳給人感覺是親切和善，而她豐富的履歷則更讓人印象深刻。2000年畢業(yè)于清華大學(xué)熱工程學(xué)的鄭曉琳在獲得美國普林斯頓大學(xué)機(jī)械與航空工程博士學(xué)位，曾在哈佛大學(xué)進(jìn)行博士后研究，2007年起在斯坦福大學(xué)擔(dān)任助理教授，2009年獲得美國青年科學(xué)家總統(tǒng)獎(jiǎng)。

近日，鄭曉琳接受了《第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》記者的專訪，談到她的太陽能貼紙發(fā)明，這位年輕的斯坦福大學(xué)教授笑著娓娓道來。

突發(fā)奇想的創(chuàng)造

鄭曉琳的研發(fā)成果“太陽能貼紙”聽起來就像她女兒喜歡的貼紙。“這種新型太陽能電池發(fā)電的部分和普通太陽能電池板一樣，但它不需要堅(jiān)硬的基底，而是可以貼在任何材料上面。”鄭曉琳說。

去掉基底的太陽能電池不僅可以做到很輕便，而且電池板可以彎曲，可以貼在各種物體表面，正如《外交政策》雜志評(píng)價(jià)的那樣，“給予我們隨時(shí)隨地的太陽能”。

“其實(shí)太陽能電池本來不是研究室主要研究方向，但是我對(duì)薄膜柔性電子器件很感興趣。以前有人試圖通過在塑料表面制作電子器件來做出柔性電子器件。但是因?yàn)樗芰蠙C(jī)械性質(zhì)不佳，不耐熱而且不結(jié)實(shí)所以很不容易做，成功率很低。” 鄭曉琳談到進(jìn)行研究的動(dòng)機(jī)。

一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，鄭曉琳從一篇介紹制作表面納米材料石墨烯(Graphene)的文章得到啟發(fā)。那篇文章介紹鍍鎳的硅片上成長出的石墨烯可以在水的作用下很容易剝離出來。既然在塑料表面直接制作元件不成功，為什么不先在鍍鎳的硅片上制作元件，然后利用水把做好的薄膜電子元件剝離下來貼在塑料或者其他物體的表面呢?

“我請(qǐng)學(xué)生李智煥(Chi Hwan Lee)去試了一下。剛開始不成功，撕不下來。后來搞清楚原理之后就比較成功。” 鄭曉琳說。

剛開始鄭曉琳做的是三極管粘紙，由于實(shí)驗(yàn)室材料的限制，她并沒有進(jìn)行太陽能發(fā)電的試驗(yàn)。不久，她遇到了后來的項(xiàng)目合作者，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的王啟(Qi Wang)，兩人一拍即合，在王啟的幫助下，在鍍鎳的硅片上制作太陽能電池，并成功地從硅片上揭下成為“太陽能貼紙”。

產(chǎn)業(yè)化仍需投入

“目前推廣太陽能發(fā)電的阻力就是安裝成本太高，太陽能電池板的基底成本也很高。”鄭曉琳介紹。太陽能貼紙的產(chǎn)業(yè)化能大幅降低這兩方面的成本。據(jù)介紹，太陽能貼紙的生產(chǎn)中硅基可重復(fù)利用，只需要消耗水，制作工藝也不復(fù)雜，所以成本也比較低。

然而，這樣一項(xiàng)有意思的發(fā)明曾飽受冷遇。由于最初鄭曉琳做成的是三極管貼紙，學(xué)校并不重視。后來做成了太陽能貼紙，也沒有立即引起學(xué)校的重視。

“隨著論文的發(fā)表，我們每天都收到幾個(gè)太陽能貼紙是否能產(chǎn)業(yè)化的詢問，這才引起學(xué)校的重視，并在2012年幫我們申請(qǐng)了專利。學(xué)校市場調(diào)研表明，需要做出更大的太陽能電池貼片才能做出更好的市場前景分析。”鄭曉琳說，“目前太陽能貼紙還處在研究狀態(tài)，我們沒有開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的努力。”

鄭曉琳的太陽能貼紙上的太陽能電池單個(gè)大約1厘米見方，如果能做到每個(gè)4英寸也就是10多厘米，就能和商業(yè)化的太陽能電池板差不多了。產(chǎn)業(yè)化另一個(gè)要解決的問題是如何把單個(gè)的電池串聯(lián)起來形成一大張?zhí)柲茈姵匕濉Ｋ蕴岣咧谱魈柲茈姵氐墓に嚰夹g(shù)是太陽能貼紙產(chǎn)業(yè)化道路上亟須解決的一個(gè)問題。

但是產(chǎn)業(yè)化最大的障礙是研究經(jīng)費(fèi)的短缺。鄭曉琳透露了自己一個(gè)尷尬的局面。“目前項(xiàng)目的狀態(tài)已經(jīng)不屬于基礎(chǔ)研究階段，但是距離商業(yè)應(yīng)用還有一段距離。學(xué)校里主要從事基礎(chǔ)科學(xué)研究。政府科研基金只支持基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，所以這個(gè)項(xiàng)目不能得到政府基金支持。”

顯然，這個(gè)項(xiàng)目也還沒有成熟到可以推向市場。正處在中間的空白地帶。如果有私人科研基金或者公司愿意投資，項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化才能順利地進(jìn)行。