我的聚合物太陽(yáng)能電池研究之路

李永舫

高分子化學(xué)、物理化學(xué)專(zhuān)家，中國(guó)科學(xué)院院士。中國(guó)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?jī)?nèi)容包括：聚合物太陽(yáng)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(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶的制備及其在聚合物太陽(yáng)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(kāi)始是如何走上光電材料研究道路的？我們國(guó)家的相關(guān)研究經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過(guò)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(kāi)始學(xué)習(xí)的是抗菌素專(zhuān)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(zhuān)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(kāi)始，我跟著錢(qián)人元先生做導(dǎo)電高分子方面的研究，開(kāi)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(guó)家開(kāi)始搞“973項(xiàng)目”，其中一個(gè)叫作低價(jià)長(zhǎng)壽命太陽(yáng)能電池的研究項(xiàng)目，主要是探索燃料醚化太陽(yáng)電池能和薄膜無(wú)機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)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(kāi)始進(jìn)入到有機(jī)光電這個(gè)領(lǐng)域。其實(shí)，剛開(kāi)始研究這個(gè)領(lǐng)域的人很少，現(xiàn)在越來(lái)越熱，已經(jīng)變成了一個(gè)熱門(mén)研究方向。

太陽(yáng)能是一種十分重要的清潔能源

科協(xié)頻道：太陽(yáng)能作為一種清潔能源，已得到多方面的應(yīng)用，目前在太陽(yáng)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(yáng)能利用從開(kāi)發(fā)清潔能源的角度來(lái)講是非常重要的。現(xiàn)在能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)峻，原因是大規(guī)模化石能源的使用，引起了環(huán)境污染。現(xiàn)在我們關(guān)注的碳排放問(wèn)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(wàn)年來(lái)地球上的光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換而得來(lái)的。所以，我們現(xiàn)在開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能是很重要的工作。太陽(yáng)能的利用分為幾個(gè)方面：一是太陽(yáng)能熱利用，如太陽(yáng)能熱水器;二是太陽(yáng)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(yáng)能直接轉(zhuǎn)換成電能，如太陽(yáng)能電池。

中國(guó)在聚合物太陽(yáng)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(yáng)能電池光伏材料和器件研究進(jìn)展如何？太陽(yáng)能電池光伏材料和器件有哪些應(yīng)用前景？

李永舫：我們國(guó)家現(xiàn)在商品化的太陽(yáng)能電池實(shí)際上叫硅基太陽(yáng)能電池，包括單晶硅太陽(yáng)能電池、多晶硅太陽(yáng)能電池。這類(lèi)太陽(yáng)能電池早期是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，購(gòu)買(mǎi)的國(guó)外生產(chǎn)線(xiàn)，市場(chǎng)也靠國(guó)外。但是現(xiàn)在，我們國(guó)家自己的硅基太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展起來(lái)了，并且在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。全球的硅基太陽(yáng)能電池商品化產(chǎn)能，中國(guó)占70%。中國(guó)高鐵是中國(guó)人的名片，太陽(yáng)能電池也可稱(chēng)為中國(guó)人的名片之一。除了商品化的硅基太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池還包括無(wú)機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以及有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池。

我的研究方向之一就是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池。有機(jī)聚合物太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(wú)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(yáng)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(guò)了17%，已經(jīng)到了可以往應(yīng)用發(fā)展的階段。中國(guó)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(wèn)題、要降低它的成本、要大面積制備，我覺(jué)得我們非常有希望率先實(shí)現(xiàn)聚合物太陽(yáng)能電池的應(yīng)用。

因?yàn)橛休p、薄、柔的突出特點(diǎn)，未來(lái)有機(jī)聚合物太陽(yáng)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(lái)5～10年，有機(jī)聚合物太陽(yáng)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(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。

系列報(bào)告會(huì)對(duì)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(guò)很多次了，我覺(jué)得這個(gè)活動(dòng)很好。這個(gè)報(bào)告會(huì)是面向廣大聽(tīng)眾的，尤其是有了網(wǎng)絡(luò)直播，可以線(xiàn)上聽(tīng)會(huì)，這對(duì)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(duì)年輕人產(chǎn)生更多的積極影響。