2018年8月消息，南開大學化學學院陳永勝教授領(lǐng)銜的團隊在有機太陽能電池領(lǐng)域研究中獲突破性進展。他們設(shè)計和制備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件，實現(xiàn)了17.3%的光電轉(zhuǎn)化效率，刷新了目前文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的世界最高紀錄。這一新成果讓有機太陽能電池距離產(chǎn)業(yè)化更近一步。

美國東部時間8月9日下午，介紹該研究的論文在線發(fā)表于國際學術(shù)期刊《Science》上。

有機太陽能電池是解決環(huán)境污染、能源危機的有效途徑之一，其在質(zhì)輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環(huán)境友好等方面都遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)太陽能電池，被認為是具有重大產(chǎn)業(yè)前景的新一代綠色能源技術(shù)。然而，實現(xiàn)高效率的太陽能電能轉(zhuǎn)化是有機太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室、走進人類的實際生產(chǎn)生活。

近年來，雖然有機太陽能電池研究獲得了迅猛發(fā)展，實現(xiàn)了14%~15%的光電轉(zhuǎn)化效率，但仍遠遠落后于其它主要以無機材料(如硅)為主的太陽能電池轉(zhuǎn)化效率。“主要原因在于，有機高分子材料本身較低的載流子遷移率限制了活性層厚度，因此太陽光不能夠獲得充分和有效的利用。”陳永勝說。

據(jù)介紹，疊層太陽能電池不僅可以克服上述難題，還可以充分發(fā)揮有機和高分子材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)優(yōu)良的可調(diào)性特征，通過疊層電池中前后電池里活性材料互補的光吸收，更有效地利用太陽光，從而實現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

陳永勝教授團隊與中科院國家納米科學中心丁黎明教授、華南理工大學葉軒立教授研究團隊合作，首先利用半經(jīng)驗模型，從理論上預測了有機太陽能電池實際可以達到的最高效率和理想活性層材料的參數(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，他們以在可見光區(qū)域和近紅外區(qū)域具有良好互補吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分別作為前電池和后電池的活性層材料，采用成本低廉、與工業(yè)化生產(chǎn)兼容的溶液加工方法，制備得到了高效的有機太陽能墊層器件，獲得了17.3%的驗證效率。

該團隊研究人員介紹，依據(jù)該工作提出的模型和設(shè)計原理，結(jié)合有機高分子材料結(jié)構(gòu)的多樣性和可調(diào)性，通過對材料和器件的進一步優(yōu)化，非常有望獲得和無機材料類似的能量轉(zhuǎn)化效率，從而為有機太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供有力技術(shù)支撐。

“依據(jù)我們提出的半經(jīng)驗模型預測，有機太陽能電池(墊層)的最高轉(zhuǎn)化效率理論上可以達到20%以上。本次工作中，我們同時也對電池的壽命進行了初步試驗，發(fā)現(xiàn)166天實驗后電池效率僅降低4%。未來，我們將繼續(xù)設(shè)計新的材料，在進一步提高能量轉(zhuǎn)化效率的同時，針對電池壽命問題進行系統(tǒng)的實驗，爭取讓有機太陽能電池早日從實驗室走向?qū)嶋H應用。”陳永勝說。

來源：南開大學