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南開(kāi)大學(xué)13日透露，該校陳永勝教授團(tuán)隊(duì)在有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究中取得突破性進(jìn)展。他們利用寡聚物材料的互補(bǔ)吸光策略構(gòu)建了一種具有寬光譜吸收特性的疊層有機(jī)太陽(yáng)能電池器件，實(shí)現(xiàn)了12.7%的光電轉(zhuǎn)化效率，這是目前文獻(xiàn)報(bào)道的有機(jī)/高分子太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率的最高世界記錄。

有機(jī)太陽(yáng)能電池以具有光敏性質(zhì)的有機(jī)包括高分子材料作為半導(dǎo)體材料，通過(guò)光伏效應(yīng)產(chǎn)生電壓，進(jìn)而形成電流，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電。其作為解決環(huán)境污染、能源危機(jī)問(wèn)題的有效途徑之一，在成本低、柔性高、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池。

正因如此，大幅提高光電轉(zhuǎn)化效率是令各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相研究的關(guān)鍵難題。這一問(wèn)題也直接決定著有機(jī)太陽(yáng)能電池能否走出實(shí)驗(yàn)室，廣泛應(yīng)用于人類(lèi)的生產(chǎn)生活。但自1958年第一個(gè)有機(jī)太陽(yáng)能電池器件誕生以來(lái)，人類(lèi)用了近60年的時(shí)間，才將其光電轉(zhuǎn)化效率提高至10%。如今，這一數(shù)字被中國(guó)科學(xué)家陳永勝教授團(tuán)隊(duì)刷新。

“作為新興的前沿研究領(lǐng)域，近年來(lái)，有機(jī)太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率的大幅度攀升主要得益于光活性層材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以及器件結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。”陳永勝說(shuō)。

多年來(lái)，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)對(duì)有機(jī)光伏器件材料篩選和構(gòu)筑工藝進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究，開(kāi)發(fā)了一系列可溶液處理的高效率寡聚物型分子活性層材料，并于2015年獲得了超過(guò)10%的光電轉(zhuǎn)換效率。

考慮產(chǎn)業(yè)化的要求，使用具有不同光譜吸收范圍的活性材料制備疊層光伏器件是進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)化效率的有效策略之一。基于該思路，團(tuán)隊(duì)研究人員以寡聚分子/聚合物分別作為前后電池單元，制備得到了能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)11%的疊層有機(jī)光伏器件。

最近，陳永勝教授團(tuán)隊(duì)與華南理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)等合作，以在可見(jiàn)和近紅外區(qū)域具有良好互補(bǔ)吸收的BDT類(lèi)寡聚分子和卟啉類(lèi)小分子材料分別作為前電池和后電池的給體材料，采用與工業(yè)化生產(chǎn)兼容的溶液加工方法制備得到了高效的有機(jī)太陽(yáng)能器件。經(jīng)過(guò)工藝優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了12.7%的驗(yàn)證效率。

該團(tuán)隊(duì)研究人員介紹，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原理，通過(guò)材料和器件的進(jìn)一步優(yōu)化，器件的各項(xiàng)指標(biāo)包括光電轉(zhuǎn)換效率還有較大的提升空間。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，有望獲得15%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。

陳永勝透露，下一步，團(tuán)隊(duì)將主要解決電池壽命問(wèn)題，進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)化效率。相信有機(jī)太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室真正走向?qū)嶋H應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的夢(mèng)想在不久的將來(lái)會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

據(jù)悉，介紹此項(xiàng)研究成果的研究論文發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。該研究得到了中國(guó)科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、天津市科委和南開(kāi)大學(xué)的大力支持。