——记大连理工大学精细化工国家重点实验室教授杨希川
能源危机、气候问题，这几个简单的字眼，却随着科技与社会的飞速发展，成为人类发展进程中难以承受之重。在这一背景下，探索新型可再生能源，以帮助人类实现可持续发展，成为科学研究领域的一个重要课题。其中，具备无污染、储量丰富、不受地域限制等多重优势的太阳能，被普遍认为是一种研究价值颇高的新型可再生能源。
上世纪50年代，随着美国BELL实验室成功研制出单晶硅太阳能电池，人类将太阳能转化为电能的大幕终于徐徐拉开。然而，此后很长时间里，受生产工艺及能耗等掣肘，相关领域的研究都处于相对缓慢的状态。基于此，如何通过新技术实现对太阳能的高效充分利用，以缓解能源危机，成为科研工作者们的重点研究方向。
时间来到20世纪90年代，瑞士化学家迈克尔·格拉特兹乐研发出一种新型低成本太阳能电池——染料敏化太阳能电池。这种电池光电转换效率可达7%，更重要的是生产工艺简单，能耗低，当时估算只有硅电池的1/10，被广泛应用在20世纪末欧洲的“千万屋顶计划”中。意识到染料敏化太阳能电池蕴藏的巨大潜力，国外众多科学家开始涌入这一领域进行科学研究。在遥远的东方，也有一位年轻的科研工作者对这一新兴领域萌生了巨大兴趣，用他自己的话说，“热情一下子就上来了”。他就是大连理工大学精细化工国家重点实验室教授、我国染料敏化太阳能电池领域的先行者杨希川。
使命引领 主动求变
选择进入染料敏化太阳能电池这一研究领域，对杨希川来说并不算一个轻松的决定。因为在这之前，他已经在染料新产品开发行业深耕多年，有着深厚的沉淀与积累。
出生于1964年的杨希川是四川人，1984年从大连工学院(现大连理工大学)化工系染料及中间体专业毕业后，他选择继续在该校深造，于1987年获得精细化工专业硕士学位，并在此后进入四川染料厂和山东招远化工总厂工作，在多年的工作中积累了丰富的科研和产业实践经验。
与国家重大需求结合，将科研创新落实到实际应用，这是杨希川从事科研工作以来一直谨遵的宗旨。在化工企业工作期间，他主要从事染料新产品开发工作，先后领导了20多个化工新产品从实验室到产业化的开发项目，多个产品及技术达到了国际先进水平，填补了国内空白。比如，杨希川首创用电化学氧化技术合成染料中间体1, 4-萘醌，这一技术生产过程中不使用氧化剂，且无“三废”排放，是真正的绿色合成工艺。以这一技术为依托，他主导在山东济宁某企业建成了年产2000吨的生产线，产品含量达99.8%，凭借其高质量、低成本、无“三废”的优势，逐步占领日本川崎化成在全球的市场，实现了电化学合成在精细化工领域零的突破。
尽管生产工艺不断优化，但在染料生产行业，工业废水排放是一个绕不开的难题。看着各种颜色的废水排放到大江大河，给环境带来巨大的污染，杨希川满是焦急和愧疚，“尽管不是自己的问题，还是觉得应该做些什么”。可是，该做点什么呢?杨希川一直苦苦思索，直到他接触到染料敏化太阳能电池，思路一下子就打开了。
自上世纪90年代起，染料敏化太阳能电池已经在高速发展的道路上疾驰了10多年，但是在国内，这仍是一个少有人开垦的新领域。决定进军这一领域后，杨希川不得不开始审视客观存在的科研视野问题。经过一番深思熟虑，他决定前往瑞典斯德哥尔摩大学攻读博士后，进一步挖掘主研领域学问的深度，并于2004年回国后，在大连理工大学首创染料敏化太阳能电池这一科研领域。
行程万里 初心不渝
据杨希川介绍，染料敏化太阳能电池的全称为“染料敏化纳米薄膜太阳能电池”，它是模拟自然界中光合作用的光反应，采用吸附染料的纳米多孔二氧化钛半导体膜作为光阳极，用镀铂的导电玻璃作为光阴极，并选用适当的氧化-还原电解质，只要太阳光一照到电池上，就能够实现源源不断的发电。
从名字中我们不难发现，光敏染料是染料敏化太阳能电池的核心部分。事实也确实如此，光敏染料在染料敏化太阳能电池工作中发挥光电转换功能，是获得高光电转换效率和长寿命的决定因素之一。很长时间里，世界各地的科学家都为获得更高的转化率而围绕光敏染料展开了各种深入研究，杨希川的研究，也是始于光敏染料。
立足于之前在染料行业的深厚沉淀和博士后阶段的研究积累，杨希川关于染料敏化太阳能电池的研究进展迅速：2004年初，带领团队合成了首个四氢喹啉有机光敏染料;2015年，小面积电池组装取得重大突破;2006年，在完善测试条件后，杨希川团队开发出一批新型有机光敏染料，并申请了国内该领域的首项专利技术;2007年，以所掌握的新型有机光敏染料为核心技术，杨希川正式开始了第三代太阳能电池材料和仪器的基础研发和产业化推广。
我们常说，科技工作者进军前所未知的“无人区”，攀登人迹罕至的“高寒带”，不是因为有奇技妙招，而是因为有“更上一层楼”的韧劲，有“独钓寒江雪”的毅力。对杨希川来说，正是如此。染料光敏太阳能电池的产业化推广过程中，资金问题、人才问题、资源问题……各种问题接踵而至，但他硬是凭借着川人骨子里特有的一股子韧劲和拼劲，兵来将挡水来土掩，逐一化解掉各种难题，将染料敏化太阳能电池的实验室光电转换效率提升到13.6%——这一转换效率，无论在国内还是国际上，都处于领先的水平。与此同时，他还带领团队做出了400mm*400mm的单板太阳能电池，至今已稳定运行十余年，为大规模的工业化生产奠定了基础。
以开拓者的身份探寻未知的原野，是杨希川对自己的身份定位。基于这一定位，多年来，聚焦染料敏化太阳能电池、精细化工产品友好工艺、有机分子的电化学反应等领域，他先后承担了染料敏化太阳能电池、用于染料敏化太阳能电池的红外染料的开发、基于功能化空穴传输材料的高效稳定的钙钛矿电池的研究、基于双电层理论的染料敏化太阳能电池用高效阳离子染料研究等多个重大科研项目，凭借强烈的求知欲和进取心积极地领跑在赛道前列。
与此同时，在科研理论成果方面，杨希川也可谓硕果累累。早在2002年，他完成的《染料中间体环境友好新技术》就被评为教育部技术发明一等奖，并推荐国家奖。此后多年间，他先后在国际顶尖期刊杂志发表学术论文百余篇，其中，高效染料敏化太阳能电池和碳对电极的钙钛矿太阳能电池的论文，均入列高被引论文top榜。
在这一背景下，近年来，杨希川的科研方向也在悄然变化：基于电化学氧化和电化学还原的原理，构建化工生成化的大型低成本储能电池，目标定位于发电厂的峰谷储能，是他近几年重点攻关的领域。在他看来，前期的电化学氧化和电化学还原开发了多种低成本安全的阴极和阳极材料，并积累了工厂化的经验，以此为依托，只要突破发电厂峰谷储能存在的成本、容量、安全等技术瓶颈，就能为构建绿色低碳发展模式、如期实现“双碳”目标提供一条行之有效的新路径。
愿景变为现实从未有坦途，然志者总在全力以赴。我们有理由相信，杨希川会再次以最美丽的科研之花，装点中国通向科技强国的道路。
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