我的聚合物太陽能電池研究之路

李永舫

高分子化學(xué)、物理化學(xué)專家，中國科學(xué)院院士。中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部特聘教授，重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院特聘教授。

主要研究內(nèi)容包括：聚合物太陽能電池光伏材料，包括共軛聚合物給體和受體光伏材料，新型富勒烯衍生物受體光伏材料，可溶液加工有機(jī)分子光伏材料等;無機(jī)半導(dǎo)體納米晶的制備及其在聚合物太陽能電池和電致發(fā)光中的應(yīng)用;導(dǎo)電聚合物電化學(xué)和導(dǎo)電聚合物透明電極材料。

走上光電材料研究道路是偶然的

科協(xié)頻道：您一開始是如何走上光電材料研究道路的？我們國家的相關(guān)研究經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程？

李永舫：我做光電材料研究，中間經(jīng)歷了很多曲折。我大學(xué)一開始學(xué)習(xí)的是抗菌素專業(yè)，主要研究方向是生物制藥。大學(xué)二年級(jí)有一個(gè)機(jī)會(huì)提前考研究生，我又轉(zhuǎn)到物理化學(xué)專業(yè)，研究催化劑。研究生畢業(yè)以后，我考上復(fù)旦大學(xué)博士，研究方向是鋰電池。從博士后開始，我跟著錢人元先生做導(dǎo)電高分子方面的研究，開始研究共軛高分子光電材料和器件。

選擇光電材料研究這一方向也是偶然的，2000年的時(shí)候國家開始搞“973項(xiàng)目”，其中一個(gè)叫作低價(jià)長壽命太陽能電池的研究項(xiàng)目，主要是探索燃料醚化太陽電池能和薄膜無機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池，是一個(gè)有機(jī)光伏的探索性的項(xiàng)目。我加入了這個(gè)項(xiàng)目，也算開始進(jìn)入到有機(jī)光電這個(gè)領(lǐng)域。其實(shí)，剛開始研究這個(gè)領(lǐng)域的人很少，現(xiàn)在越來越熱，已經(jīng)變成了一個(gè)熱門研究方向。

太陽能是一種十分重要的清潔能源

科協(xié)頻道：太陽能作為一種清潔能源，已得到多方面的應(yīng)用，目前在太陽能的采集、儲(chǔ)存和使用上，有哪些先進(jìn)的成果？

李永舫：太陽能利用從開發(fā)清潔能源的角度來講是非常重要的?，F(xiàn)在能源問題和環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，原因是大規(guī)?；茉吹氖褂?，引起了環(huán)境污染?，F(xiàn)在我們關(guān)注的碳排放問題，也跟化石能源的大量使用有關(guān)。其實(shí)，化石能源中的能量也是億萬年來地球上的光合作用將太陽能轉(zhuǎn)換而得來的。所以，我們現(xiàn)在開發(fā)太陽能是很重要的工作。太陽能的利用分為幾個(gè)方面：一是太陽能熱利用，如太陽能熱水器;二是太陽能的光利用、光化學(xué)應(yīng)用，如我們正在進(jìn)行的光催化研究等;三是把太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，如太陽能電池。

中國在聚合物太陽能電池領(lǐng)域的研究居于領(lǐng)先地位

科協(xié)頻道：聚合物太陽能電池光伏材料和器件研究進(jìn)展如何？太陽能電池光伏材料和器件有哪些應(yīng)用前景？

李永舫：我們國家現(xiàn)在商品化的太陽能電池實(shí)際上叫硅基太陽能電池，包括單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池。這類太陽能電池早期是引進(jìn)國外技術(shù)，購買的國外生產(chǎn)線，市場也靠國外。但是現(xiàn)在，我們國家自己的硅基太陽能電池技術(shù)發(fā)展起來了，并且在國際上處于領(lǐng)先地位。全球的硅基太陽能電池商品化產(chǎn)能，中國占70%。中國高鐵是中國人的名片，太陽能電池也可稱為中國人的名片之一。除了商品化的硅基太陽能電池，太陽能電池還包括無機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池以及有機(jī)聚合物太陽能電池。

我的研究方向之一就是有機(jī)聚合物太陽能電池。有機(jī)聚合物太陽能電池的突出特點(diǎn)就是輕、薄、柔，因?yàn)樗幕钚宰雍穸戎挥?00納米，而硅基太陽能電池的活性子厚度是100多微米，相差1000倍，所以有機(jī)聚合物太陽能電池很輕。另外，它可以做柔性器件，因?yàn)樗幕钚宰颖旧硎菬o定形的結(jié)構(gòu)，是有柔性的，在塑料的基底上面就可以做柔性器件。2001年我剛進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域時(shí)，聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率還不到1%，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室的效率超過了17%，已經(jīng)到了可以往應(yīng)用發(fā)展的階段。中國已經(jīng)取得了世界光伏材料領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，下一步就要往應(yīng)用方面發(fā)展——要解決它的穩(wěn)定性問題、要降低它的成本、要大面積制備，我覺得我們非常有希望率先實(shí)現(xiàn)聚合物太陽能電池的應(yīng)用。

因?yàn)橛休p、薄、柔的突出特點(diǎn)，未來有機(jī)聚合物太陽能電池有可能實(shí)現(xiàn)建筑一體化，或者在室內(nèi)應(yīng)用，甚至是可穿戴應(yīng)用。未來5～10年，有機(jī)聚合物太陽能電池的應(yīng)用應(yīng)該會(huì)慢慢擴(kuò)大，有希望與硅基太陽能電池實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

系列報(bào)告會(huì)對提高公眾科學(xué)素養(yǎng)發(fā)揮重要作用

科協(xié)頻道：您如何看待北京地區(qū)廣受關(guān)注學(xué)術(shù)成果系列報(bào)告會(huì)？

李永舫：這個(gè)活動(dòng)我參加過很多次了，我覺得這個(gè)活動(dòng)很好。這個(gè)報(bào)告會(huì)是面向廣大聽眾的，尤其是有了網(wǎng)絡(luò)直播，可以線上聽會(huì)，這對提高公眾的科學(xué)素養(yǎng)能發(fā)揮很重要的作用，尤其有可能對年輕人產(chǎn)生更多的積極影響。