有机光伏（OPV）技术取得了令人瞩目的发展，推动该领域从早期阶段发展至如今高性能有机光伏技术的关键驱动因素是什么？#

20多年前我开始研究有机光伏（OPV）时，其功率转换效率（PCE）仅约4%，而硅基光伏的效率已达20%，因此大多数人都在研究有机发光二极管（OLEDs）等其他领域。当时，这类器件的吸光范围甚至未能覆盖太阳能光谱的一半，仅能覆盖至700纳米左右。材料选择也并不合适，但这也意味着其存在巨大的提升潜力。自那以后，有机光伏的功率转换效率每年提升约1%，目前已达到约21%。这一成果着实令人瞩目，在诸多方面或许都是前所未有的。

主要驱动因素来自两个方面。一是新一代材料的发展。PCBM、P3HT 等早期有机半导体存在光吸收能力差、带隙可调性有限、电荷迁移率低等问题，而当前的 Y6/CH 与 PM6 系列材料则具备更优异的光吸收性能和电荷传输能力。另一个驱动因素是器件优化，主要通过形貌调控与活性层控制实现，这对提升激子解离和传输效率、同时减少电荷俘获损耗至关重要。有机分子与材料具备丰富的结构可调性和多样性，这是其性能实现快速提升的根本原因。

在过去大约几十年间，有哪些里程碑影响了有机光伏（OPV）的发展？#

过去二十年来，多项里程碑式成果推动了有机光伏（OPV）的发展。

2010年代可溶液加工的受体-给体-受体（A-D-A）型有机光伏（OPV）分子的开发是一个重要里程碑，这类分子可通过轻松调节端基和中心基团实现丰富的结构多样性。如今，这类OPV分子被认为是性能优异的电子受体材料，凭借其出色的光吸收能力和迁移率，被广泛应用于最高效的OPV电池中。这一设计理念也被拓展到高性能电子给体材料和聚合物给体材料的研发中。

第二个里程碑是2015年占晓炜教授研发的ITIC分子，以及2019年邹应平教授研发的Y6分子。尽管非富勒烯受体此前已存在，但ITIC实现了可与富勒烯分子相媲美的性能，而Y6凭借其A–DA’D–A结构与更优的近红外吸收特性，进一步提升了效率。

另一项重要成果是我们团队于2018年在《科学》期刊上发表的协同研究，该研究将光电转换效率从约15%提升至17%以上，超出了当时大多数科学家的预期。这项工作为有机光伏领域注入了新的活力，也让研究人员更有信心地去追求高效有机光伏电池的研发。

还有许多其他优秀成果也为该领域的发展做出了贡献，例如刘峰教授和孙艳明教授2021年基于L8-BO体系开展的形貌调控与优化相关研究、我们团队2022年实现分子堆积精准调控的CH系列分子研究，以及李永舫教授团队2022年开发出稳定性提升的二聚体受体分子研究。这些进展共同推动了有机光伏（OPV）领域的快速发展。

与硅和钙钛矿光伏相比，有机光伏（OPV）有哪些独特优势？#

我认为有机光伏（OPV）是室内、可穿戴和集成应用的更佳选择，尤其适用于柔性器件。这得益于有机光伏所具备的独特优势，比如其固有的柔韧性、轻便性，以及可通过溶液加工的制备工艺，使其能与卷对卷印刷技术兼容。此外，有机光伏凭借极高的光吸收能力，单位重量的功率密度大幅提升，且在弱光和室内光照条件下具有更高的效率。这是因为其分子结构能够实现与人工室内照明的发射光谱相匹配的光吸收。

除此之外，有机光伏（OPV）每单位发电量的环境影响和能源消耗更低，这得益于其低温制备工艺以及无毒碳基材料的使用。我认为有机光伏的应用应重点聚焦于这些领域。随着社会快速迈入更智能、人工智能驱动的时代，而这一时代需要有机光伏独有的器件特性，其应用潜力十分巨大。

对于户外大型应用场景，有机光伏（OPV）可能并非最佳选择，因为它并不具备太多优势。在这类应用中，它很难与硅基光伏技术抗衡，原因在于硅的成本极低，且稳定性可达30年之久。

仍需深入探索的主要根本性问题是什么？以及将有机光伏（OPV）从实验室推广至工业应用的关键障碍有哪些？#

目前，我认为有机光伏（OPV）领域存在两个核心基础性问题，我们需要进行更深入的探究。其中一个问题是如何控制或降低能量损失（Eloss），也就是器件运行过程中以热量形式大量损耗的能量。这一问题主要源于有机半导体固有的强激子结合能与非辐射复合现象，也是有机光伏的光电转换效率（PCE）相较于硅基和钙钛矿光伏仍偏低的核心原因。

另一个问题是关于器件稳定性，这主要由光氧化和形态不稳定性导致。不过，我认为有机光伏（OPV）的稳定性问题应该比钙钛矿更容易解决。钙钛矿之所以表现出色，是因为其具有优异的光吸收能力和电荷迁移率，但由于铅与卤化物和胺基配位，其本质上存在化学不稳定性。而在有机光伏中，稳定性本质上应该更好，因为它们含有更稳定的碳-碳键和碳-氧键。目前有机光伏3至5年的稳定性对于许多应用来说已经足够了。

近年来，该领域的发展似乎有所放缓，这或许是由于新材料的匮乏所致。回顾过往，有机光伏（OPV）领域最具突破性的进展均得益于新一代材料的研发，而这正是我们解决上述核心问题所亟需的。在有机光伏的规模化生产方面，核心难题仍集中于大面积活性层的形貌调控，尤其是实现高均匀度与精准厚度控制。我相信，随着加工技术与设备的快速发展，这一难题有望迎刃而解。

你最关注哪些最新的发展或应用？#

尽管过去几年有机光伏（OPV）的发展速度似乎有所放缓，但我认为该领域的大多数科学家对形貌调控以及能量损失（Eloss）的重要性有了更深入的理解，许多人正聚焦于这两个方向。我相信相关创新解决方案很快就会问世。另一个值得关注的进展是有机光伏在集成器件中的应用。我感兴趣的第三个领域是有机光伏的姊妹器件——有机光电探测器（OPDs）。有机光电探测器的器件结构和工作原理与有机光伏颇为相似，但对运行条件的要求更低，至少在特定任务场景下是如此。有机光电探测器与有机光伏集成的应用有望很快成为现实。

从性能、应用和产业化角度来看，你认为十年后有机光伏（OPV）领域会发展成什么样？#

目前，该领域需要新的突破来进一步推动发展。我认为实现这些跨越式发展有三种可能的路径。第一种是引入全新种类的材料，类似于非富勒烯受体的突破。另一种选择可以是采用全新的器件结构或工作原理。第三种途径可能是通过新的科学理论来实现。目前，我们仍在使用经典激子物理学中的传统单激子/转移激子理论，而这些理论尚无法解释某些现象，这可能会限制领域的进一步发展。我认为该领域仍有很大的空间可以开展优质的科学研究。

总体而言，我坚信有机光伏（OPV）拥有光明的前景；它将发挥重要作用，产生深远影响。其光电转换效率有望达到25%，稳定性也将持续提升。规模化应用方面，有机光伏有望以集成系统的形式应用于可穿戴、室内和弱光场景。有机光电探测器（OPD）也将从这些发展中受益，并可能进一步投入实际应用。

参考文献：Pitruzzello, G. The path ahead for organic photovoltaics. Nat. Photon. 20, 851–852 (2026). https://doi.org/10.1038/s41566-026-01963-7