突破有机太阳能电池技术瓶颈
--访美加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系教授杨阳
2012年08月16日 来源：科技日报
有机太阳能电池是指成分全部或部分为有机物的太阳能电池。相对于传统的无机太阳能电池，有机太阳能电池以质轻、价廉、材料设计可控和可实现大面积柔性制备等特点，拥有更加广阔的商业应用前景，已受到太阳能研究人员的青睐。但由于目前有机太阳能电池在能量转换效率和稳定性等方面还存在较大不足，影响着有机太阳能电池的产品生产和商业应用价值。就有机太阳能电池的技术发展和商业前景问题，科技日报记者采访了美国加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系教授、加利福尼亚纳米系统研究所纳米可再生能源中心主任杨阳博士。
杨教授的主要研究领域为太阳能及高效电子器件。迄今已发表240余篇世界领先水平的研究论文，拥有相关领域专利50多个。截至2012年7月，杨教授的论文H因子已高达74。
“因为有机太阳能电池的自身优势和特点，所以它正在获得越来越广泛的关注。”杨教授介绍说，“目前，我们研究团队研制成功的级联结构聚合物太阳能电池的效率已高达10.6%，这一结果已获得美国国家可再生能源中心的认证，证明了聚合物太阳能电池作为低耗高效的光电转化器件具有很好的前景。”
杨教授负责的加利福尼亚纳米系统研究所纳米再生能源中心成立于2007年，主要研究方向为纳米相关领域的太阳能电池、三维电池、生物能源及储氢技术等。实现可用于建筑物窗户的聚合太阳能电池是该中心的主要研究目标之一。杨教授在有机太阳能方面的主要贡献有：研究聚合物形貌对其器件结果的影响、有机反型电池和级联反型电池的发明以及光伏偏振器在液晶显示器中的应用等。他已在有机太阳能电池领域创造出数个高效率的世界记录。
“除了追求器件的高转换率之外，我们还关注聚合物太阳能电池其他更为广泛的研究领域和独特的应用价值。如对可见光透明的光伏器件。”杨教授说。过去几年，他的研究团队在制备对可见光透明或半透明聚合物太阳能电池方面做过很多尝试。例如把金属薄膜、金属网格、金属纳米线网络、金属氧化物、导电聚合物及石墨烯等透明导体，作为顶部电极沉积在光活性层上，已研制出对可见光透明或半透明的聚合物太阳能电池。然而，因为没有找到合适的聚合物光伏材料和有效的透明导体，这些尝试都以失败告终。
“最近我们研究团队通过引入近红外光敏感聚合物，并使用银纳米线复合薄膜作为顶端透明电极成功制备了透明聚合物太阳能电池，能量转化效率达到4%。研究成果已发表在美国化学学会的《纳米》杂志上。”
杨教授指出，近红外光敏聚合物可吸收更多的近红外光，但对可见光不太敏感，从而兼顾了太阳能电池在近红外光波长区域的性能和透明度。而且，由银纳米线和二氧化钛纳米粒子的混合物制成的透明电极取代了此前使用的不透明金属电极，使透明有机太阳能电池的应用成为可能。“实现可用于建筑物窗户的聚合太阳能电池是我们的目标。”
1992年毕业于马萨诸塞大学，获物理与应用物理博士学位后，杨阳进入了著名的聚合物材料创新公司——圣巴巴拉UNIAX公司，从事聚合物材料研究；1997年杨阳开始任教于加利福尼亚大学洛杉矶分校，从事与有机太阳能电池相关的教学和研究工作，目前是20余名研究生的指导老师。
杨教授开玩笑地说：“父母给我起名为‘阳’，所以注定我要从事与太阳能有关的工作。”他认为，作为清洁能源的主要来源，太阳能电池研究具有非常广阔的应用前景，对人类的生存和可持续发展意义重大。
“中国是太阳能电池生产大国，希望加强与中国同行的合作，加快推动有机太阳能电池的发展与应用步伐。”杨教授表示，“可用于建筑物窗户的聚合物太阳能电池，目前的转换效率只有4%，但3到5年之内完全可以达到10%以上。届时，这种可以像油漆一样方便地刷在建筑物表面的太阳能电池，一定具有很大的市场应用前景。”
（本报华盛顿8月14日电）
