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領跑有機太陽能電池領域 ——訪2018年度國家自然科學獎二等獎獲得者陳永勝團隊
來源: 2019年1月15日 中國教育報 第2版發稿時間:2019-01-17 10:35
 

  本報記者 陳欣然 通訊員 吳軍輝

  日前,陳永勝團隊“面向能源轉化與存儲的有機和碳納米材料研究”項目榮獲2018年度國家自然科學獎二等獎。

  十幾年來,南開大學化學學院教授陳永勝團隊始終致力於碳納米材料、有機功能材料及其在能源轉化與存儲等方面的研究。他們開發的有機太陽能電池器件光電轉化效率多次刷新世界紀錄。

  2004年,陳永勝從美國回到母校南開大學任教,建立了以碳材料為基礎的綠色能源材料和應用研究團隊,並在2007年開始進行有機太陽能發電和以碳納米材料為基礎的儲電方面的研究。

  當時整個領域處於低谷,光電轉化效率在5%左右。許多研究者對有機太陽能電池的未來發展不抱信心,甚至紛紛退出。“中國是人口數量第一的大國,各行各業都需要有自己獨立自主的技術。在新能源和核心材料這些核心戰略領域,更不能依靠別人。”陳永勝常以此鞭策自己和團隊成員。

  憑藉對該領域敏鋭的洞察力和審慎分析,陳永勝果斷選擇了在當時具有重大風險和挑戰的新型可溶液加工處理的有機小分子和寡聚物活性材料,作為其團隊開展太陽能發電研究的主要突破點。

  從分子材料設計到光伏器件的製備優化,陳永勝帶領團隊馬不停蹄地展開科研攻關。經過10多年的不懈努力,他們終於發展出了具有鮮明特色的寡聚小分子有機太陽能材料體系,設計合成了具有確定分子結構和精確分子量的一系列高效有機光伏寡聚物材料,開創了新型高效可溶液加工的光伏活性層材料體系。

  對陳永勝來説,每一次突破都意味着一個新目標的開始。他從未停止過思考:有機太陽能電池到底能達到多高的效率?是否可以媲美硅基太陽能電池?有機太陽能電池應用的下一個瓶頸是什麼?

  2015年,陳永勝團隊開始進行有機疊層太陽能電池研究。通過對比無機材料和有機材料的特點,陳永勝認為,要充分發揮有機高分子材料的優勢,並實現達到甚至超過以無機材料為基礎的太陽能技術性能的目標,疊層太陽能電池是一個極具潛力的方案。

  基於上述思路,他們利用團隊設計合成的系列寡聚小分子製備獲得12.7%的有機疊層太陽能電池,刷新了當時有機太陽能電池領域的效率,研究結果發表在領域頂級期刊《自然·光子學》上,該項研究入選“2017年中國光學十大進展”。

  2018年夏,他們設計、製備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件,實現了17.3%的光電轉化效率,再次刷新了文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的世界紀錄。

編輯:韋承金

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