南开大学化学学院陈永胜教授领衔的团队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。介绍该研究的论文现已在线发表于国际顶级学术期刊《Science》上。

发展迅猛，瓶颈仍在

1839年，人们发现了光生伏特效应，此为太阳能电池的工作基础。1954年，贝尔实验室发明了第一块太阳能电池，其光电转化效率仅有6%。中国对太阳能电池的研究起步于1958年，到了20世纪80年代末期，国内先后引进了多条太阳能电池生产线，使中国太阳能电池生产能力由原来的3个小厂的几百kW提升到4个厂的4.5MW。2002年后，欧洲市场特别是德国市场的急剧放大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前所未有的发展机遇和示范效应。

有机太阳能电池即是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流的太阳能电池。其主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性，如酞菁化合物、卟啉、菁等。按照半导体的材料来划分的话，有机太阳能电池可分为单质结结构、P-N 异质结结构和染料敏化纳米晶结构，其中以染料敏化纳米晶结构（NPC）的光电转化效率最高，一般可稳定在10%左右。

近年来，虽然有机太阳能电池研究获得了迅猛发展，其光电转化效率一度提升至14%至15%，但仍远远落后于其它主要以无机材料（如硅）为主的太阳能电池转化效率。陈教授说：“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。”

海外归来，致力科研

为了克服上述难题，陈永胜教授团队与中科院国家纳米科学中心丁黎明教授、华南理工大学叶轩立教授研究团队合作，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，他们以在可见光区域和近红外区域具有良好互补吸收的PBDB-T:F-M和PTB7-Th:O6T-4F:PC71BM分别作为前电池和后电池的活性层材料，采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，获得了17.3%的验证效率。

陈永胜教授于1997年在加拿大维多利亚大学（University of Victoria）取得博士学位，之后于美国肯特基大学（University of Kentucky）及加州大学洛杉矶分校（UCLA）师从国际著名的纳米材料专家Dr. Haddon 及Dr. Wudl从事博士后工作，后曾任职于加州大学圣地亚哥分校（UCSD）。2003年5月，陈永胜教授被聘为南开大学特聘教授，现任南开大学纳米科学与技术研究中心主任。陈教授主要从事碳纳米材料及有机与高分子功能材料和器件方面的研究，主持了国家自然科学基金、科技部纳米重大专项（973子项目）、863纳米重大专项、博士点基金和天津市重点基金等项目。至2009年，已发表论文70余篇，包括Science、 Nature、JACS等，论文至今已被他引2200余次。

据了解，本项叠层有机太阳能电池的研究已得到科技部、国家自然科学基金委、天津市科委和南开大学的项目支持。

解决难题，前景可期

有机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。不难预见，在未来，质轻、柔软、半透明、可大面积低成本印刷且环境友好的有机太阳能电池将是解决环境污染、能源危机的有效途径之一。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，这一难题能否解决也直接决定着有机太阳能电池能否走出实验室、走进人类的实际生产生活。

据陈永胜教授团队研究人员介绍，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。对此，陈教授表示，“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。”