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“真正解決實干中的問題，滿足國家最緊迫的需求。”這是中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（以下簡稱上海微系統(tǒng)所）研究員劉文柱不變的初心。

年僅34歲的劉文柱已專注太陽電池研究12年，由他主導開發(fā)的柔性單晶硅太陽電池打破了業(yè)界對單晶硅技術(shù)的固有認知，為全球光伏領(lǐng)域的研究指明了方向。該成果已被用于我國多個型號的太陽能無人機和浮空器平臺，以及南極科考可再生能源系統(tǒng)，并在許多戰(zhàn)略場景中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

日前，獲得第二屆“中國科學院青年五四獎?wù)隆钡膭⑽闹鶎τ浾哒f，他對自己有兩個要求：第一，做原創(chuàng)研究，而非追隨他人腳步；第二，瞄準工程上遇到的真實問題，而非為了發(fā)表論文去“制造”問題。

科研靈感源于生活

單晶硅太陽電池發(fā)明近70年來，光伏領(lǐng)域的科學家一直有個共識，即單晶硅材質(zhì)很“脆”，柔韌性差，容易斷裂，這限制了單晶硅太陽電池的應(yīng)用場景。

“那些做薄膜太陽電池的人，為了突出其重要性，總會用一頁PPT強調(diào)‘單晶硅太陽電池無法進行柔性應(yīng)用’?！眲⑽闹f。

這一固有認知最終被劉文柱團隊打破了。2023年5月24日，劉文柱等人在《自然》發(fā)表封面論文，宣布能夠彎曲超過360度的柔性單晶硅太陽電池誕生。

時隔一年，劉文柱參加光伏展會時發(fā)現(xiàn)，柔性單晶硅太陽電池這一成果已經(jīng)引領(lǐng)了光伏領(lǐng)域的風潮，各大公司甚至專門成立事業(yè)部對其進行開發(fā)。

那么，劉文柱團隊是如何把“脆脆的”硅片變軟的？答案是，他們開發(fā)了一種全新的邊緣圓滑處理技術(shù)。而這竟是劉文柱從生活小事中獲得的啟發(fā)。

“我們都知道，陶瓷盤子摔在地上會碎，但如果運氣好，盤子只會出現(xiàn)裂紋而不會碎。我發(fā)現(xiàn)裂紋總是從邊緣開始出現(xiàn)，那么硅片的斷裂也是如此嗎？”

劉文柱迫不及待想要弄清楚硅片斷裂的全過程。于是，他請研究流體力學的師弟楊自強對硅片斷裂的瞬間進行逐幀分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅片的力學短板就在其邊緣。受此啟發(fā)，劉文柱團隊將硅片的邊緣進行圓滑處理，既能提升其柔韌性，又能保證電池效率不下降。

劉文柱告訴《中國科學報》，日常生活就是他科研靈感的寶庫，對于具有科學敏感性的人來說，對生活細微的觀察和獨特的思考常常引發(fā)創(chuàng)新的突破。

比如，走在路上時，劉文柱會想：為什么不把路燈上的太陽能電池板面積做大，使其接收更多陽光、發(fā)電能力更強呢？他又想到了限制太陽能電池板面積的原因——在大風天氣下容易被掀翻，甚至把路燈桿壓斷。解決這一問題的方法就是把電池板做成柔性纏繞在路燈桿上，360度接受陽光照射，從而延長發(fā)電時間。這就是那期《自然》封面圖片靈感的來源。

時時在思考，處處靈感來。或許，這就是科研人員最好的狀態(tài)。

扎根太陽電池研究12年

2012年，在山東大學物理學院讀大四的劉文柱即將本科畢業(yè)。在開展畢業(yè)設(shè)計時，劉文柱跟隨導師林兆軍，在實驗室做起了太陽電池。他越做越覺得有意思，從此與太陽電池“結(jié)緣”。

當時，劉文柱做的是染料敏化太陽電池，與他現(xiàn)在研究的硅太陽電池是完全不同的種類。由于染料敏化太陽電池效率低，且液態(tài)電解質(zhì)容易泄漏，對土壤和水造成不可逆的損害，已逐漸隨技術(shù)的進步而被淘汰。

本科畢業(yè)后，劉文柱來到上海微系統(tǒng)所碩博連讀。在此期間，導師劉正新給了他最大的自由和無條件的支持，這也影響到劉文柱做導師后帶學生的風格。劉文柱常說：“激發(fā)年輕人的創(chuàng)造力，關(guān)鍵是要給他們充分的自由。”

而在沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學從事博士后研究的經(jīng)歷，更是帶給了劉文柱不一樣的人生體驗。該“網(wǎng)紅學?！本o鄰海邊，劉文柱經(jīng)常與同學一起在海邊散步，還會開車去沙漠露營、看星星。學校分配給劉文柱的“宿舍”是500平方米的別墅，他時常在周末邀請不同研究領(lǐng)域的朋友一起做飯、聊天，這奠定了劉文柱與不同領(lǐng)域研究者密切溝通、交叉合作的基礎(chǔ)。正如劉文柱所說，“單打獨斗的時代早已過去，交叉合作才更容易創(chuàng)新”。

從沙特回國后，劉文柱繼續(xù)在上海微系統(tǒng)所從事科研工作。扎根太陽電池領(lǐng)域12年，劉文柱見證了該產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更對中國光伏產(chǎn)業(yè)的未來充滿信心。

“我經(jīng)常聽到有人說，中國的太陽電池是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，靠的是人力資源成本低，這種說法是完全錯誤的，透著對光伏產(chǎn)業(yè)的無知?！眲⑽闹鶕u著頭說。

他向《中國科學報》介紹：“10多年來，中國光伏發(fā)電的成本降至不到原來的1/20，遠低于火力發(fā)電。中國光伏無論是科學研究還是產(chǎn)業(yè)，都在世界上遙遙領(lǐng)先?！?/p>

劉文柱表示，如今，人工智能等更多新技術(shù)不斷與光伏產(chǎn)業(yè)融合。國家將發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性問題，無論從能源安全還是民生問題上來講，都具有重要意義。

目前，占據(jù)90%以上市場份額的單晶硅太陽電池，其效率逐漸逼近理論極限，科學家正在尋找新出路。劉文柱表示，未來一段時間，單晶硅太陽電池仍將占據(jù)市場主流，但再往后將是單晶硅和其他材料疊加在一起的多結(jié)太陽電池的天下。

好心態(tài)助力科研

在研究過程中，劉文柱遇到過許多意想不到的困難，但他坦言，自己并未經(jīng)歷過所謂“低谷期”。

這與劉文柱的心態(tài)有關(guān)。每每遇到困難，他不僅不會沮喪，反而感到高興。他認為，如果一項研究很容易完成，那么其科學品味一定不高，這樣的研究“誰都能做”，沒有挑戰(zhàn)性。

劉文柱經(jīng)常告訴學生：“一個好的研究課題，不是你在開始時就能預(yù)測到結(jié)果，相反，真正的發(fā)現(xiàn)往往發(fā)生在結(jié)果與預(yù)期不符的時刻。這些時刻標志著你站在了知識的邊界上，再拿一根針往前刺一刺，就能夠邁出一大步?！?/p>

2022年5月，劉文柱及其學生在《自然》子刊發(fā)文。他們發(fā)現(xiàn)了摻雜非晶硅薄膜中的反常Staebler-Wronski效應(yīng)，并詳細解釋了背后的物理原因。這個發(fā)現(xiàn)就來源于一次實驗中的“意外”——大多數(shù)材料被太陽光照射后，導電性能會下降，而劉文柱的學生在做實驗時發(fā)現(xiàn)，光照竟提升了試驗材料的導電性能。他們“揪住”這個反常現(xiàn)象，重復(fù)多次實驗，最后才獲得了突破性發(fā)現(xiàn)。

劉文柱的好心態(tài)不僅體現(xiàn)在困難面前。在如今“越來越卷”的學術(shù)環(huán)境下，許多年輕人每年都會發(fā)表大量論文以保持高產(chǎn)出。劉文柱則選擇了另一條道路——在他博士后出站回國4年多的時間里，僅發(fā)表了3篇論文，但他每年只專注于一項研究。

對劉文柱而言，成就感的真正來源并不是論文的產(chǎn)出或榮譽的加持，而是做出顛覆性科研成果?！白龅煤貌缓茫约盒睦镒钋宄??！?/p>

“追隨自己的興趣，結(jié)合國家的發(fā)展戰(zhàn)略，只要在正確的方向上保持熱情和執(zhí)著，終將有所成就”，這是他對當下年輕科研人員最誠摯的建議。