一個(gè)領(lǐng)域三十年河?xùn)|，三十年河西，并不是所有發(fā)Nature的科研都是好科研。1991年的Nature1，各位看官是不是都沒(méi)出生？下面帶你看下30年前大佬的思路：模仿光合作用——制造染料敏化電池。雖然這篇Nature被引用3.2萬(wàn)次，但其實(shí)挺‘坑’的，常聽(tīng)到的靈魂發(fā)問(wèn)——這東西有什么用？
這篇Nature非常簡(jiǎn)潔，沒(méi)有SI，只有2個(gè)作者。在領(lǐng)域內(nèi)，大家只記得下面這位Michael Gr?tzel教授，文章第一作者早已被遺忘在歷史長(zhǎng)河里。現(xiàn)在的科研越來(lái)越復(fù)雜，內(nèi)容越來(lái)越多，SI比正文長(zhǎng)多了，當(dāng)年紙貴。
Michael Gr?tzel教授引入納米TiO2這神奇的材料引入染料敏化太陽(yáng)能電池，提高了比表面積，增加電子的收集能力。電池是原理圖如下，簡(jiǎn)潔不花哨，當(dāng)時(shí)效率超過(guò)7%。染料敏化電池也被叫做‘Gr?tzel電池’，開(kāi)創(chuàng)性意義很大。
下面這個(gè)納米TiO2實(shí)實(shí)在在火了30年，現(xiàn)在的高效率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也是基于TiO2！只能說(shuō)，神來(lái)之筆，很經(jīng)典，很傳奇！比較有意思的是，30年前的Nature是在圖注里寫(xiě)實(shí)驗(yàn)方法，怪不得連SI都省了。
在Web of Science搜染料敏化電池，可以得到以下統(tǒng)計(jì)圖：
數(shù)據(jù)來(lái)源：web of science，搜索內(nèi)容‘Dye sensitized Solar Cell’
興起：1997-2014年。1991年的Nature之后，科研領(lǐng)域很多人開(kāi)始研究染料敏化電池，因?yàn)殡姵刂苽錁O其簡(jiǎn)單！天下武功，唯快不破，包括論文。每篇文章背后都是風(fēng)華正茂的少年的青春，多少科研工作者再發(fā)Nature/Science，因此功成名就。但在2014年該領(lǐng)域論文發(fā)表速度達(dá)到了頂峰，此時(shí)很大一部分科研工作者轉(zhuǎn)行做了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
衰退：2014-2020年。其中有一部分人是真的熱愛(ài)這個(gè)領(lǐng)域，還有一部分或許是課題的需要還在堅(jiān)守這個(gè)領(lǐng)域。目前來(lái)看，染料敏化電池沒(méi)有一絲‘復(fù)活’的跡象，效率停滯不前的原因也比較簡(jiǎn)單，它的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度太短，這是結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)非常適合載流子傳輸，2014-2020年是鈣鈦礦電池的爆發(fā)期。
30年后回頭看，1991年的Nature看似開(kāi)辟了一個(gè)非常好的研究方向，卻像是一個(gè)‘天坑’，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)期望的產(chǎn)業(yè)化，倒在了死亡之谷。
一個(gè)科研產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化一般要經(jīng)歷下面四個(gè)步驟：科學(xué)發(fā)現(xiàn)→技術(shù)形成→應(yīng)用轉(zhuǎn)化→產(chǎn)品化。
30年時(shí)間，染料敏化電池同時(shí)倒在了‘技術(shù)形成‘和’應(yīng)用轉(zhuǎn)化‘的過(guò)程。染料敏化電池的效率最終停滯在了13%左右，效率無(wú)法和晶硅電池相比；國(guó)內(nèi)外很多公司和機(jī)構(gòu)都做了應(yīng)用轉(zhuǎn)化的嘗試，最終都打了水漂。如下面的百度百科截圖，每一條都是科研工作者的心酸類史。
科研是允許犯錯(cuò)和嘗試的，東邊不亮西邊亮，染料敏化看似倒下了，但鈣鈦礦電池站在染料敏化的肩膀上（方法/表征/傳輸材料），完成了一場(chǎng)漂亮的科研接力。鈣鈦礦電池用10年的時(shí)間把效率從3.8%提高到了25.5%，最終鈣鈦礦電池如果能成功商業(yè)化，希望大家能記得30年前的Nature。
1. O’regan, B.; Gr?tzel, M. J. n., A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO 2 films. 1991, 353 (6346), 737-740.
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