《物理化學學報》編輯部

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

Editorial Office of Acta Physico-Chimica Sinica

College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China.

自從1995年首次報道本體異質結有機太陽能電池以來，在近二十年時間里，富勒烯衍生物已成為最廣泛使用的電子受體，非富勒烯受體的器件效率遠遠低于富勒烯衍生物。而富勒烯太陽光吸收弱、能級調控難、生產成本高、形貌穩(wěn)定性差的缺點，限制了有機太陽能電池領域的可持續(xù)發(fā)展。2015年以來，非富勒烯受體領域不斷取得突破，器件效率從低于7%快速提升到高于17%，并大大超過富勒烯受體，使人們看到了有機太陽能電池的巨大潛力，吸引了國際學術界越來越多的研究力量投入到非富勒烯受體領域，形成了化學和材料領域的國際學術熱潮。

可喜的是，該學術熱潮是由中國科學家引領的。中國科學家在非富勒烯受體領域做出了原創(chuàng)性和引領性的貢獻，開創(chuàng)了重要材料體系，發(fā)明了明星分子，刷新了世界最高效率?！盎诜歉焕障┦荏w的聚合物太陽能電池”在 2016年化學與材料科學領域 10個熱點前沿中排名第一位。中國領跑這個熱點前沿，中國表現(xiàn)了最強的前沿貢獻度和前沿引領度，超過美國等西方發(fā)達國家。

本期科學家專訪，我們特別邀請到了全球非富勒烯有機太陽能電池領域的先驅者，同時也是《物理化學學報》編委——北京大學占肖衛(wèi)教授。占教授在訪談中為我們介紹了非富勒烯有機太陽能電池領域的發(fā)展趨勢以及他的工作經歷、科研心得和對期刊發(fā)展的建議。

問題1：占教授，在您以前的科研生涯中主要從事過哪些領域的研究？是什么促使您選擇從事非富勒烯有機太陽能電池領域的研究？

回答：我在浙江大學攻讀博士學位期間從事金屬有機催化劑及炔烴聚合反應的研究，在中國科學院化學研究所做博士后及副研究員期間從事有機電致發(fā)光材料和器件的研究，在美國亞利桑那大學和佐治亞理工大學工作期間從事有機電致發(fā)光材料和雙光子吸收材料的研究。2006年回國后，我開始了獨立科研生涯，決定以前做過的工作全部清零，重新?lián)P帆起航。最終將目光鎖定在有機太陽能電池材料上，因為以前沒做過，有新鮮感。過去的20年里，有機光伏材料的研究主要集中在電子給體上。與之形成鮮明對比的是，電子受體領域局限于富勒烯衍生物，對于其他受體的探索極少，進展極其緩慢。然而，我始終認為，重給體而輕受體，僅靠給體一條腿走路是走不遠的，這嚴重制約了有機太陽能電池的發(fā)展。于是，我決定開始啃這塊沒有肉的硬骨頭，率先在國內開展了非富勒烯受體的研究。

問題2：請介紹一下您的課題組在非富勒烯有機太陽能電池領域取得的主要成果。

回答：我的課題組在非富勒烯有機太陽能電池領域做出了開創(chuàng)性和引領性的貢獻。早在2007年，我們在Journal of the American Chemical Society上發(fā)表了中國首篇非富勒烯有機太陽能電池的論文，報道了世界上第一個苝酰亞胺高分子受體材料。2015年，我們提出了稠環(huán)電子受體新概念，發(fā)明了明星分子ITIC，工作發(fā)表在Advanced Materials上。我們的原創(chuàng)性工作引起了國內外同行的高度關注和廣泛跟進，本領域10多個國家/地區(qū)的130多個研究組使用ITIC類稠環(huán)電子受體。近4年來，因稠環(huán)電子受體的發(fā)明，非富勒烯有機太陽能電池的效率由不到7%迅速發(fā)展到超過17%，大大超越傳統(tǒng)的富勒烯。從此，有機太陽能電池邁向新紀元，進入非富勒烯時代。

問題3：請您簡單總結一下有機太陽能電池領域最近十年有哪些最重要的發(fā)現(xiàn)。

回答：有機光伏領域的研究可追溯到上世紀50年代，人們在研究蒽單晶時發(fā)現(xiàn)了光生伏打現(xiàn)象，這是有機太陽能電池的雛形，但由于當時的效率極低，并沒有引起關注。直到1986年，鄧青云報道了一種雙層有機太陽能電池，效率在1%左右，被認為是有機光伏領域的重大突破。1995年，Heeger等人發(fā)明了具有本體異質結結構的有機光伏器件，實現(xiàn)了3%左右的效率，被認為是本領域的又一次重大突破。最近10年有機光伏領域發(fā)展迅速，最重要的發(fā)現(xiàn)包括：1)電子給體材料，俞陸平等人將具有醌式結構的噻吩并噻吩單元和苯并二噻吩單元共聚，制備了窄帶隙的PTB系列高分子給體材料，其中，PTB7-Th實現(xiàn)了超過10%的效率；2)富勒烯電子受體材料，李永舫等人開發(fā)了茚加成富勒烯電子受體ICBA，把基于經典的P3HT聚合物給體的器件效率從不到4%提升到超過7%；3)非富勒烯電子受體材料，我們發(fā)明了以明星分子ITIC為代表的稠環(huán)電子受體，非富勒烯有機太陽能電池的效率由不到7%迅速發(fā)展到超過17%；4)界面層材料，黃飛等人開發(fā)了水/醇溶性導電高分子如PFN，大幅度提升了有機光伏器件的性能。

問題4：目前中國非富勒烯有機太陽能電池領域的研究在國際上處于什么水平？

回答：中國科學家在非富勒烯有機太陽能電池領域做出了原創(chuàng)性和引領性的貢獻，在國際上獨領風騷，最優(yōu)異的電子受體材料體系來自中國的原創(chuàng)，最高效率紀錄全部由中國創(chuàng)造?！盎诜歉焕障┦荏w的聚合物太陽能電池”在2016年化學與材料科學領域10個熱點前沿中排名第一位，2017年再次入選化學與材料科學領域10個熱點前沿。中國領跑這個熱點前沿，表現(xiàn)了最強的前沿貢獻度和前沿引領度，超過美國等發(fā)達國家。

問題5：您對非富勒烯受體在太陽能電池領域的研究前景有何展望，未來是否還會出現(xiàn)更優(yōu)質的受體來替代非富勒烯受體？

回答：我認為非富勒烯受體拯救了有機太陽能電池領域，賦予了它第二次生命。目前，非富勒烯有機太陽能電池領域生機勃勃，前程似錦。我相信，器件效率超過20%指日可待。在未來的5至10年，非富勒烯受體有機太陽能電池可能實現(xiàn)產業(yè)化，走進百姓家。

問題6：您認為有機太陽能電池的研究對我們的日常生活有何影響？

回答：有機太陽能電池可將清潔、可再生的太陽能轉換為電能。有機光伏材料具有質輕、柔性、半透明等特性，可采用噴墨打印、涂布印刷、卷對卷加工等低成本工藝制造大面積薄膜器件。有機太陽能電池的輕、薄、柔性、半透明特性將使其在光伏建筑一體化、汽車窗戶和便攜式電子設備等方面具有廣闊的市場前景。

問題7：在您的科研道路中是否遇到過挫折或困難？

回答：開辟非富勒烯受體材料的研究領域猶如拓荒，眼前莽莽蒼蒼，腳下荊棘叢生。初期非富勒烯有機太陽能電池的效率極低(小于1%)，在常人眼中這是一條走不通的“死路”，讓許多人望而卻步。2006年我回國后便開展了非富勒烯受體的研究。當時我們是國內唯一一個進行這項研究的團隊，即便在國際上這樣的團隊也寥寥無幾。而在當時，我們在同行中被視為另類和奇葩，不被人理解和認可。效率是太陽能電池領域的敲門磚，具有一票否決權，我們的論文常常因為效率低而被雜志拒稿。審稿人總會給出兩個尖銳的否定意見：一是富勒烯已足夠好，無需替代。二是非富勒烯效率太低，沒有發(fā)展前途。出身貧苦農家的我，最不怕的就是堅持與吃苦。我的學生也心甘情愿地跟我走這條風雨凄凄的山路。一次次失敗后，我們又一次次地重新開始。功夫不負有心人，我們的真誠和堅守打動了同行，我們實實在在的進步和不斷刷新的電池效率鼓舞了同行。令人欣慰的是，近幾年來，越來越多的研究者認可了非富勒烯受體材料的重要性和發(fā)展?jié)摿?，加入了這個研究行列。目前，國內外關于非富勒烯有機太陽能電池的研究開展得如火如荼，非富勒烯有機太陽能電池領域由5年前的門前冷落華麗變身為門庭若市。

問題8：您認為科研人員最重要的品質是什么？您對研究生或年輕的科研工作者有什么建議？

回答：我認為科研人員最重要的品質是創(chuàng)新和執(zhí)著。創(chuàng)新就是要做0到1的工作，不做1到2的工作。不要趕時髦，不要跟風。甘于坐冷板凳，并把冷板凳坐熱。執(zhí)著就是要一心一意做一件事，要十年磨一劍。我經常跟我的學生講，年輕人要敢于“吃螃蟹”，大膽去想，去闖，去試新東西，不要怕失敗。要甘于“啃骨頭”，愿意吃苦，要有韌性，不畏艱險。要不怕“吃虧”，不要貪圖捷徑，搭別人的順風車，急于求成。

問題9：如果可以重新選擇，您會選擇什么職業(yè)？

回答：如果可以重新選擇，我還會選擇現(xiàn)在的職業(yè)，我非常喜歡做一名教書匠和科技工作者。

問題10：您擔任了多個期刊的副主編或編委，請問您認為什么是期刊發(fā)展最重要的因素？

回答：我現(xiàn)任Journal of Materials Chemistry C副主編和ACS Energy Letters、Chemistry of Materials、Materials Horizons、Solar RRL、化學學報、物理化學學報編委/顧問編委。我認為學術質量是期刊的“靈魂”，服務水平和特色體現(xiàn)期刊的“顏值”。