南開團隊有機太陽能電池研究獲重大突破 光電轉化效率達12.7％

中新社天津12月13日電 (張道正 吳軍輝)南開大學13日透露，該校陳永勝教授團隊在有機太陽能電池領域研究中取得突破性進展。他們利用寡聚物材料的互補吸光策略構建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池器件，實現了12.7%的光電轉化效率，這是目前文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的最高世界記錄。

有機太陽能電池以具有光敏性質的有機包括高分子材料作為半導體材料，通過光伏效應產生電壓，進而形成電流，實現太陽能發電。其作為解決環境污染、能源危機問題的有效途徑之一，在成本低、柔性高、工藝簡單、環境友好等方面遠遠優於傳統太陽能電池。

正因如此，大幅提高光電轉化效率是令各國科學家競相研究的關鍵難題。這一問題也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室，廣泛應用於人類的生產生活。但自1958年第一個有機太陽能電池器件誕生以來，人類用了近60年的時間，才將其光電轉化效率提高至10%。如今，這一數字被中國科學家陳永勝教授團隊刷新。

「作為新興的前沿研究領域，近年來，有機太陽能電池能量轉化效率的大幅度攀升主要得益於光活性層材料的設計開發以及器件結構的不斷優化。」陳永勝說。

多年來，陳永勝教授團隊對有機光伏器件材料篩選和構築工藝進行了深入系統地研究，開發了一系列可溶液處理的高效率寡聚物型分子活性層材料，並於2015年獲得了超過10%的光電轉換效率。

考慮產業化的要求，使用具有不同光譜吸收範圍的活性材料製備疊層光伏器件是進一步提高光電轉化效率的有效策略之一。基於該思路，團隊研究人員以寡聚分子/聚合物分別作為前後電池單元，製備得到了能量轉換效率超過11%的疊層有機光伏器件。

最近，陳永勝教授團隊與華南理工大學研究團隊等合作，以在可見和近紅外區域具有良好互補吸收的BDT類寡聚分子和卟啉類小分子材料分別作為前電池和後電池的給體材料，採用與工業化生產兼容的溶液加工方法製備得到了高效的有機太陽能器件。經過工藝優化，最終實現了12.7%的驗證效率。

該團隊研究人員介紹，根據相關設計原理，通過材料和器件的進一步優化，器件的各項指標包括光電轉換效率還有較大的提升空間。預計在不久的將來，有望獲得15%以上的光電轉換效率。

陳永勝透露，下一步，團隊將主要解決電池壽命問題，進一步提高能量轉化效率。相信有機太陽能電池從實驗室真正走向實際應用，實現商品化生產的夢想在不久的將來會成為現實。

據悉，介紹此項研究成果的研究論文發表在國際頂級學術期刊《自然·光子學》上。該研究得到了中國科技部、國家自然科學基金委、天津市科委和南開大學的大力支持。(完)