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中国科学院学部
科学与技术前沿论坛简报
第 111 次
学部工作局学术与文化处 编报
《中国科学》杂志社 2021 年 3 月 5 日
“有机光伏材料和器件”论坛综述
一、背景
有机/聚合物太阳电池（简称有机光伏）因具有器件结构简单、重量轻、可以制备成柔性和半透明器件等突出优点，近年来获得快速发展。尤其是最近几年发展起来的以 n-型有机半导体为受体的非富勒烯有机光伏，其能量转换效率获得快速提升，超过 17%，达到了可以向实际应用发展的阶段。更重要的是，中国学者在引领高效非富勒烯有机光伏的发展。在这样的背景下，组织一次有机光伏材料和器件方面的前沿论坛，研讨下一步发展、尤其是向实际应用发展存在的科学问题和瓶颈，思考解决问题的途径和技术路线，对于我国有机光伏的发展和尽快投入实际应用具有非常重要的意义。
二、论坛概况
2020 年 11 月 27～29 日，“有机光伏材料和器件”科学与技术前沿论坛在北京举办。论坛由中国科学院学部主办，中国科学院化学学部和学部学术与出版工作委员会承办，中国科学院化学研究所和《中国科学》杂志社协办。
中国科学院化学研究所李永舫院士为论坛召集人，华南理工大学曹镛院士为论坛学术委员会主席。中国科学院学部工作局局长王笃金研究员和中国科学院化学研究所所长张德清研究员应邀出席论坛，来自中国科学院化学研究所、华南理工大学等相关科研机构和高校的200 余名师生参加了论坛。
论坛开幕式上，李永舫院士首先致辞，介绍了本次论坛举办的背景及具体安排等。王笃金局长对参加论坛的嘉宾和代表表示热烈欢迎， 并介绍了“科学与技术前沿论坛”的情况以及对论坛的要求。
论坛围绕有机小分子受体光伏材料、n-型共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池、聚合物给体光伏材料、有机小分子给体光伏材料、界面修饰层材料与器件性能优化、柔性和半透明器件、大面积器件制备和有机太阳电池稳定性等 8 个主题开展了学术交流和研讨。
每个主题首先由一位主题报告人作 40 分钟报告，介绍该主题的发展历史、最新研究进展和当前存在的关键科学问题，并对该主题下一步的发展和研究重点提出自己的看法和见解。之后是 50~100 分钟的讨论环节，参会者对该主题的发展现状、关键科学问题和下一步的发展方向提出自己的看法，或介绍自己在该主题的最新研究进展，每人发言时间一般不超过 6 分钟。共有 40 多位代表在讨论环节发言。曹镛院士、李永舫院士和参会的国家杰出青年科学基金获得者主持了各主题的报告会和讨论环节。最后，李永舫院士作总结发言，他对各位主题报告人、主持人和各位参会代表的积极参与表示感谢，指出有机光伏是我国为数不多的当前在国际上处于引领地位的研究领域，大家需要继续努力保持引领地位。下一步需要在阐明材料和器件稳定性、低成本光伏材料的设计合成、大面积光伏器件的制备技术和隔水隔氧封装技术等方面下大工夫，争取率先在我国实现有机光伏的实际应用。
通过此次论坛，与会专家探讨了有机光伏向实际应用发展存在的科学问题和瓶颈，交流了该领域内的最新研究进展，讨论和明确了下
一步发展需要解决的关键科学问题和技术瓶颈，为确保我国继续保持在有机光伏领域的引领地位、率先在我国实现有机光伏的实际应用奠定基础。
三、报告及研讨
主题一：有机小分子受体光伏材料 中南大学邹应萍教授作了主题报告。
报告介绍了小分子受体光伏材料的发展历史和最新研究进展，包括早期的PCBM 和 ICBA 等富勒烯衍生物受体光伏材料，以及近几年发展起来的 ITIC 和 Y6 等非富勒烯小分子受体光伏材料。在有机太阳能电池中，活性层材料是决定有机太阳能电池性能的关键因素， 活性层材料包含电子给体与电子受体两大类。自 1986 年，柯达公司邓青云博士用苝的衍生物作为受体（A），铜酞菁作为给体（D），制备了第一个 D/A 双层异质结有机太阳电池，由于在 D/A 异质结界面上实现了高效的激子电荷分离，使有机太阳电池达到了接近 1%的能量转换效率
（PCE）。但是有机半导体的激子扩散长度只有 10~20 nm，如果给体和受体层厚度超过 20 nm，则有些吸光后产生的激子扩散不到 D/A 界面而衰减到基态发光，对光伏没有贡献。为了克服双层异质结太阳电池界面给体和受体活性层厚度和接触面积的限制，1995 年美国加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）俞刚和 Alan J. Heeger 等提出了本体异质结的概念，把共轭聚合物给体和可溶性 C60 衍生物 PCBM 的共混膜作为活性层制备了本体异质结有机太阳电池，增大了给体/受体材料的接触面积，提高了激子电荷分离与电荷传输效率，从而提高了光电流和能量转换效率。2005 年，美国加州大学洛杉矶分校杨阳课题组使用热退火处理的 PCBM 受体与聚噻吩衍生物 P