中国青年报电子版阅读 中国青年报:陈永胜:做有机太阳能电池领跑者

2019-04-19 - 中国青年报

在南开大学化学学院教授陈永胜的设想中,未来的太阳能电池的样子是百变的:可以是柔软的,或是透明的,附着在窗户上、墙壁上、汽车上……随时随地转化阳光为人类补充能量。

不久前,陈永胜教授团队设计、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,这个数字刷新了文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的世界纪录。这一成果让有机太阳能电池向产业化迈进了一大步。

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前不久,陈永胜教授团队"面向能源转化与存储的有机和碳纳米材料研究"项目荣获2018年度国家自然科学奖二等奖。

"近5年来,有机太阳能电池的研究获得了突飞猛进的发展,光电转化效率不断刷新,目前普遍认为有机太阳能电池已经到了商业化的‘黎明前夕’。"陈永胜说,作为世界各国在新能源研究中竞争最为激烈的领域之一,开发并引领具有独立的自主知识产权的有机太阳能电池材料和技术,为我国赢得先机,一直是这一领域内中国科学家的努力方向。

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有机太阳能电池发展的"瓶颈"在于光电转化效率低。提高光电转化效率是有机太阳能电池研究首要解决的问题,也是其实现产业化的关键。2004年,陈永胜从美国回到母校南开大学任教,建立了以碳材料为基础的绿色能源材料和应用研究团队,并在2007年开始进行有机太阳能发电和以碳纳米材料为基础的储电方面的研究。

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"当时整个领域处于低谷,光电转化效率在5%左右。许多研究者对有机太阳能电池的未来发展不抱信心,甚至纷纷退出。而作为最重要的碳纳米材料石墨烯的研究国内当时还是空白。"陈永胜回忆说。

凭借对该领域敏锐的洞察力和审慎分析,陈永胜果断选择了在当时具有重大风险和挑战的新型可溶液加工处理的有机小分子和寡聚物活性材料作为其团队的太阳能发电的主要突破点。从分子材料设计到光伏器件的制备优化,陈永胜带领团队夜以继日,马不停蹄地展开科研攻关。经过10多年的不懈努力,他们终于发展出了具有鲜明特色的寡聚小分子有机太阳能材料体系。

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从效率5%到超过10%,再到2018年《科学》杂志报道的17.3%,陈永胜团队多次刷新了有机太阳能电池领域光电转换效率的世界纪录。

陈永胜算了一笔账,按照我国2016年43.6亿吨标准煤当量的能源需求计算,如果有机太阳能电池光电转化效率提高一个百分点,相应的能源需求由太阳能电池来产生,就意味着每年减少使用4000千万吨标准煤,与之相应地可减少二氧化碳排放约1.6亿吨。

"我们在进一步提高有机太阳能效率的同时,将进一步研究柔性可穿戴的包括透明的有机太阳能电池,同时和储能设备结合,发展发电储电一体化材料和技术。"陈永胜说,团队已开始布局并实施下一步的研究规划。

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