科学家刷新有机太阳能电池转化光电率最高纪录

本报天津8月11日电（记者陈建强、刘茜 通讯员吴军辉）11日，记者从南开大学获悉，该校教授陈永胜领衔的团队在有机太阳能电池领域研究中获突破性进展。他们设计和制备的具有高效、宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池材料和器件，实现了17.3%的光电转化效率，刷新了目前文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的世界最高纪录。这一最新成果让有机太阳能电池距离产业化更近一步。介绍该项研究成果的论文已在线发表于《科学》杂志。

有机太阳能电池是解决环境污染、能源危机的有效途径之一，其在质轻、柔软、半透明、环境友好等方面都远远优于传统太阳能电池，被认为是具有重大产业前景的新一代绿色能源技术。然而，实现高效率的太阳能电能转化是有机太阳能电池研究的核心难题，能否解决这一难题也直接决定着有机太阳能电池能否走出实验室、走进人们的生产生活。

近年来，虽然有机太阳能电池研究获得了迅猛发展，实现了14%至15%的光电转化效率，但仍远远落后于其他主要以无机材料（如硅）为主的太阳能电池转化效率。“主要原因在于，有机高分子材料本身较低的载流子迁移率限制了活性层厚度，因此太阳光不能够获得充分和有效的利用。”陈永胜介绍说，叠层太阳能电池不仅可以克服上述难题，还可以充分发挥有机和高分子材料结构和性质优良的可调性特征，通过叠层电池中前后电池里活性材料互补的光吸收，更有效地利用太阳光，从而实现更高的能量转换效率。

陈永胜团队与中科院国家纳米科学中心教授丁黎明、华南理工大学教授叶轩立研究团队合作，首先利用半经验模型，从理论上预测了有机太阳能电池实际可以达到的最高效率和理想活性层材料的参数要求。在此基础上，他们通过选择采用适合的活性层材料，用成本低廉与工业化生产兼容的溶液加工方法制备得到了高效的有机太阳能垫层器件，获得17.3%的验证效率。

据该团队研究人员介绍，依据该工作提出的模型和设计原理，结合有机高分子材料结构的多样性和可调性，通过对材料和器件的进一步优化，非常有望获得和无机材料类似的能量转化效率，从而为有机太阳能电池的产业化提供有力技术支撑。“依据我们提出的半经验模型预测，有机太阳能电池（垫层）的最高转化效率理论上可以达到20%以上。本次工作中，我们同时也对电池的寿命进行了初步试验，发现166天实验后电池效率仅降低4%。未来，我们将继续设计新的材料，在进一步提高能量转化效率的同时，针对电池寿命问题进行系统的实验，争取让有机太阳能电池早日从实验室走向实际应用。”陈永胜说。