一、论坛背景与报告主题

本次报告属于“湾有引力·学术论坛”系列活动之一。有机太阳能电池（OSC）因具备成本低、柔性好、半透明及易于大面积制备等优势，在便携式电子设备充电、建筑光伏一体化（BIPV）和可穿戴电子等领域展现出广阔的应用前景。OSC的光电转换效率主要取决于界面层、活性层和器件工艺等关键要素，报告人所在团队围绕上述方向开展了系统性创新研究，相继突破了单结富勒烯OSC效率瓶颈，并实现了20.4%的单结刚性OSC效率，有力推动了该领域的发展。2026年7月3日，应大湾区大学物质科学学院刘莎研究员邀请，葛子义研究员在大湾区大学松山湖校区实验楼二楼会议室作了题为“高效率有机太阳能电池研究”的学术讲座。报告深入剖析了刚性/柔性有机太阳能电池及钙钛矿太阳能电池效率提升的内在机制、调控策略与材料突破路径，为领域内科研人员和产业从业者提供了前沿学术视角。讲座由刘莎研究员主持。

二、主讲人学术背景

葛子义，中国科学院宁波材料技术与工程研究所二级研究员、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，英国皇家化学会会士，现任浙江省能源光电子工程研究中心主任，长期从事有机/钙钛矿太阳能电池、OLED等方向的研究。

其教育与职业经历覆盖国内外顶尖科研机构：1999年于兰州大学化学系获学士学位，2004年于中国科学院化学研究所获博士学位，先后在日本东京工业大学、日本神奈川大学、澳大利亚新南威尔士大学开展博士后研究；2009年任华东理工大学化工学院教授，2010年起任职于中国科学院宁波材料所。在学术成果与任职方面，葛子义研究员在Nature Photonics、Nature Nanotechnology、Joule、Nature Communications等顶级期刊发表 SCI 论文 330 余篇，申请发明专利 80 余项，撰写中英文专著 4 部；先后主持国家重点研发计划（首席）、国家自然科学基金重点项目、区域联合基金重点项目等多项国家级重要课题；曾获2016 年 “中国光学重要成果奖”、2018和2022年度浙江省自然科学二等奖（均排名第一），并入选 2024、2025 年科睿唯安 “全球高被引科学家”。此外，他还担任Science China Chemistry、The Innovation等多本权威期刊编委，并任有机光电材料与器件国际会议（ICOE）大会主席，是有机光电领域具有国际影响力的领军学者。

三、报告核心内容

报告围绕有机太阳能电池性能提升的核心目标，从研究背景、界面调控、活性层材料、柔性器件四大维度展开系统阐述：

1. 研究背景

报告系统梳理了有机太阳能电池的技术优势与发展脉络。OSC兼具低成本、柔性、轻质、半透明、可大面积印刷等特点，可与传统硅基电池形成技术互补，适配多元细分应用场景。技术演进方面，从早期本体异质结结构，到富勒烯受体体系效率突破10%，再到非富勒烯受体时代的快速迭代，单结器件效率已提升至17%-19%；报告同时指出，器件效率上限、长期稳定性和大面积制备工艺仍是制约其商业化的核心瓶颈，需从界面层、活性层材料、器件工艺三个维度协同突破。

2. 界面调控

界面层是决定载流子抽取效率、抑制界面复合、保障器件长期稳定性的关键功能层，也是突破光伏器件效率瓶颈的核心着力点。团队围绕非共轭小分子界面材料体系，系统开展了界面工程创新研究，相关策略同时覆盖有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池两大方向。

在有机太阳能电池研究中，团队创新性开发了非共轭小分子电解质界面材料。通过精准的分子结构设计调控界面能级排列，优化活性层与电极之间的能级匹配度，显著增强界面电荷抽取与传输能力，有效抑制了界面处的载流子复合，最终成功突破单结富勒烯有机太阳能电池10%的效率瓶颈，为低成本、可溶液加工的有机光伏界面材料建立了新的设计路径。基于非共轭小分子界面材料的设计经验，团队进一步将界面调控策略拓展至钙钛矿太阳能电池领域，形成了可复用的界面工程方法：（1）电子传输层表面钝化：采用NSE小分子修饰SnO₂电子传输层表面，实现自下而上的缺陷钝化效应，将钙钛矿器件光电转换效率从19%提升至21.18%，同时大幅改善器件热稳定性。未封装器件在双85（85℃、85%相对湿度）严苛测试条件下，150小时仍可保持初始效率的70%，而未修饰的对照器件在此条件下已完全失效。（2）低温制备工艺突破：开发非共轭小分子MSAPBS替代传统SnO₂作为电子传输层，将器件制备温度降至100℃以下，摆脱了高温退火的工艺限制，大幅简化了器件制备流程。该方案在保障器件效率的同时提升了长期稳定性，为柔性基底的低温器件制备、以及面向量产的低成本工艺提供了可行的技术路线。

3. 活性层材料创新

活性层是决定光吸收、电荷分离与传输的核心功能层，团队从受体与给体材料两方面开展了系统性创新。在非富勒烯受体体系方面，制备了系列新型非富勒烯受体材料，通过共混策略精准调控活性层的聚集形貌与吸光光谱，实现单结非富勒烯OSC效率突破20%。在小分子给体体系方面，开发了新型小分子给体材料，结合分子结构调控与溶剂退火等后处理工艺，制备出光电转换效率达16.3%的全小分子有机太阳能电池。在二聚体受体材料方面，设计合成了GMA-SSeS系列二聚受体，兼顾单分子受体与聚合物受体的优势；通过调节硒原子的位置与数量，优化分子平面性、结晶度与电荷传输能力，基于PM6:GMA-SSeS的器件实现了19.37%的光电转换效率，同时保持低电压损失与优异热稳定性，在100℃退火条件下器件寿命显著延长。

4. 柔性器件工艺与应用拓展

针对柔性有机光伏的技术痛点，团队从电极替代、活性层力学性能优化等方向开展全方位攻关。在无ITO柔性电极技术方面，针对传统ITO电极附着力差、易开裂、成本高的问题，开发了温和酸处理的PEDOT:PSS电极替代ITO，电导率可达2000 S/cm；制备的全溶液加工无ITO柔性器件效率达10.1%，在1000次弯折（弯曲半径5.6 mm）后性能保持94%，为低成本大面积柔性器件制备奠定了技术基础。在柔性嵌段共聚物给体设计方面，首次在嵌段型共聚物主链中引入柔性官能团，开发了PM6-Clₙ-b-D18-Clₙ系列柔性嵌段共聚物给体；通过调控不同单元的排列规律优化活性层结晶性，刚性器件效率达19.57%，柔性器件效率达18.03%，同时实现了优异的拉伸性能。在力学-光电-稳定性协同优化方面，通过调控柔性官能团的分子尺寸，协同优化器件的光电性能、力学性能与长期稳定性；三元刚性器件效率突破19%，柔性二元器件效率达16.63%，纯膜抗张性能接近50%，倒置器件寿命T80可达9000小时，处于领域领先水平。此外，团队还拓展了器件应用场景，制备了高效率柔性半透明OSC并应用于模拟温室，实现光伏发电与植物生长的“光伏共享”；在大面积器件方面，单结刚性OSC效率达20.4%，15 cm²大面积组件效率达17.68%，为当时国际上报道的OSC组件最高效率。

四、学术交流

本次学术论坛现场交流氛围浓厚。主讲人围绕有机太阳能电池材料设计、界面调控、柔性器件及大面积制备等关键问题进行了系统讲解，并结合实验数据与器件性能曲线，深入阐释了当前领域研究进展与未来突破方向。参会师生就界面修饰机制、活性层形貌控制、柔性器件稳定性、大面积组件制备工艺及商业化应用路径等问题与主讲人展开了互动讨论，现场学术交流深入且针对性强。

通过本次报告，师生不仅深入了解了有机光伏领域的前沿研究成果，也进一步认识到材料创新、器件工程与产业化需求之间的紧密关联。论坛为大湾区大学物质科学学院相关方向的学术交流搭建了高质量平台，对拓展师生学术视野、促进学科交叉融合、推动新能源与光电材料领域研究发展具有积极意义。