1月21日，《麻省理工科技評論》公佈了2018年“35歲以下創新35人”（Innovators Under 35 China）中國區榜單。31歲的普渡大學化學工程系助理教授竇樂添入選並獲獎。他研究的變色智能光伏玻璃可實時響應外界環境，引領了太陽能電池的全新概念。
這種智能光伏玻璃擁有極佳的循環穩定性，反覆多次的轉換也並不會降低材料的電學性能，可以控制光的透過率，同時可以合理地利用太陽光的能量，顯著降低能耗。太陽能及工業界相關人士均表示，竇樂添的研究有望對太陽能電池、節能建築、屏顯等領域的發展產生深遠影響。
一
興趣驅動、深入光電領域
小時候，竇樂添十分喜愛足球和四驅車。
為了練好足球，他參加了一些專業訓練；在改裝四驅車方面，他更是獲得過少年宮比賽的第一名。
這是他拿到的第一個獎，在當時給了他極大的激勵。
此後他的人生一直是興趣驅動。他習慣於把自己對任何事情的興趣愛好，轉換為對它長時間的專注和鑽研。
高中那幾年，竇樂添參加了很多有關於化學和物理的競賽。
之後他考上北京大學化學系。大二那年，他進入了實驗室，開始進行有關於材料的研究。在這裡，他接觸到了有機高分子，併成功發現這種材料在智能窗生產中的應用。
畢業之後，竇樂添加入了加州大學洛杉磯分校（UCLA）的楊陽教授課題組。這是有機光電領域最好的研究機構。
之後他順利考取博士，在博士深造的第二年，他研究出了一個全新的高分子材料，通過和其它材料的層疊，把有機光伏的發電效率從5%大幅提升到了10%，這項研究成果成為了那年在有機光伏領域的重大突破。
知識是沒有邊界的，優秀的人也會習慣於自我成長。博士畢業後，竇樂添加入了加州大學伯克利分校的楊培東教授的實驗室，開始了自己從有機化學到無機化學的“跨領域”博士後研究工作。
二
反直覺思維、智能光伏玻璃誕生
2014年，鈣鈦礦太陽能電池被發現，因其優異的光電轉換性能和較低的製備成本而受到廣泛關注，在當年其光電轉換效率已突破15%。研究發現，鈣鈦礦型光伏材料的結晶形貌對光電性能的影響至關重要。全球材料研究專家對此展開不懈研究，竇樂添也不例外。
智能窗戶在黑暗或涼爽的時候是透明的，但在太陽太亮的時候會自動變暗，這是越來越受歡迎的節能設備。但當窗戶變暗時，它同時產生電力。這種材料——光伏玻璃也是可逆熱致變色的，攻克這一點，是綠色技術研究人員長期努力的方向。
在博士後的深造過程中，竇樂添已經掌握無機和有機材料的性能和製造。他發現，純無機的鈣鈦礦光伏化學穩定性雖好，相穩定性卻不佳。
在溫度下降到室溫時，材料的晶體結構會發生原子層面的變化，從不透明、可以吸收光線發電的鈣鈦礦相，變成透明、無法發電的非鈣鈦礦相，而控制材料不發生相變的難度非常大。
這他突然想起在大二時研究的智能窗，其中的有機材料恰巧可以解決這個問題，原理就是把這兩種產品的性能結合在一起。也就是一個穩定和光敏半導體材料，可以可逆地交換之間的透明和不透明的狀態，而不降低其電子特性。
竇樂添和他的合作者利用了這種新型材料“鹵化物鈣鈦礦”最大的“缺點”：相不穩定性。把這種對於常規電池來說讓人無比頭疼的特點，變成了智能光伏玻璃裡循環穩定性的關鍵。
“智能光伏玻璃”的特點在於，寒冷的時候保持透明，炎熱的時候變暗，不只可以減少光線射入，更可以把自己遮擋住的太陽光轉化為電能。
竇樂添表示:“這項研究首次表明，無機鹵化物鈣鈦礦半導體適合這種類型的器件，因為它們的'軟'和'動態'晶格，允許可逆相變而不降低電子性能。”
“這與硅或砷化鎵等傳統半導體有根本不同。這一發現將為半透明太陽能電池開闢新的應用領域。我們現在可以調整它們的顏色了。”
三
加速太陽能電池研究
鹵化物鈣鈦礦材料是具有礦物鈣鈦礦晶體結構的化合物。擁有獨特的性能、高效率和易於加工的特點，也是近年來太陽能產業有前途的發展技術。
近日，在《自然材料》(Nature Materials)雜誌上發表了伯克利實驗室材料科學部有關鈣鈦礦的研究成果的文章。竇樂添便是作者和研究人員之一。
如今，伯克利實驗室的研究人員們也在研究鈣鈦礦太陽能電池的相變，並試圖改善典型的有機-無機混合鈣鈦礦甲基銨碘化鉛的穩定性。
“這種太陽能電池具有完全可逆的性能，而且在反覆的相變週期中具有良好的設備穩定性，沒有任何褪色或性能下降。”
“有了這樣的設備，一棟建築或一輛汽車就可以通過智能光伏窗收集太陽能。”
荷蘭能源研究中心的科學家們也在進行這項有意義的研究，他們在現有的雙面電池上疊加了一層鈣鈦礦，開發了一種效率為30.2%的雙面太陽能電池。研究小組相信，在三到五年內，這種電池的效率可以達到35%，並最終面向市場。
對於太陽能電池的未來，竇樂添同樣很有信心。目前他在普渡大學擔任博士生導師，成立了竇樂天實驗室，同成都電子科技大學鄭永豪教授合作，開展聯合培養博士後項目。研究課題主要是納米材料與器件，有機光電材料與器件，鈣鈦礦等雜化材料，二維材料。
接下來的工作，一方面，他在研究新型的二維材料體系，另一方面也在進一步尋找更好的電池材料與電池器件，通過結合無機材料與有機材料各自的優點，開發出下一代更好的太陽能電池。
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