探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇 043

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探索未来能源的无限可能—有机光伏（OPV）篇

043 成本透视：哪些材料是OPV降成本的主要方向？ 2025-10-26

降低有机光伏（OPV）的成本是其走向商业化应用的核心挑战之一。这主要依赖于通过分子结构创新简化合成工艺来降低关键材料（特别是受体材料）的成本，同时借助优化的器件工程与制备工艺来控制整体制造成本。

下面这个表格梳理了目前OPV主要的降成本方向和策略，可以帮你快速建立一个整体印象。

降本维度 核心策略 具体方法与效果
材料创新 给体材料 开发结构简单的聚合物（如PTQ10），在保证效率的同时降低合成复杂度。
受体材料 非稠环电子受体 (NFREA)：用碳碳单键替代复杂的稠环结构，显著减少合成步骤，是当前最主要的降本方向。
稠环受体简化：对传统稠环受体（如IDIC）进行合成路线简化，提高产率。
器件工程与工艺 电极材料 研发替代昂贵氧化铟锡（ITO） 的柔性透明电极，以适应大规模卷对卷印刷生产。
加工工艺 采用厚膜工艺（活性层厚度可达数百纳米），降低大面积生产时的工艺精度要求。
使用溶剂添加剂等策略调控活性层形貌，提升效率，且无需复杂分子合成。


材料创新：降本的关键突破口
材料，尤其是活性层中的给体（Donor）和受体（Acceptor）材料，其合成成本是OPV总成本的大头。

给体材料：研究人员正致力于设计像PTQ10这样的聚合物给体，它们在保持较高光电转换效率（相关器件效率超过12%）的同时，拥有相对简单的结构，从而降低了合成难度和成本。

受体材料：这是目前降本潜力最大的领域。

非稠环电子受体（NFREAs） 是明星方向。它通过用更灵活的单键连接分子单元，替代传统稠环受体复杂的融合结构，将合成步骤从8-10步简化到2-3步，大幅降低了原料和制造成本。上海交通大学等团队通过形貌调控，已将基于NFREA的电池效率提升至19%，证明了"低成本≠低性能"。
即便对于传统的稠环电子受体（FREAs），科学家也在努力"做减法"。例如，中国科学院化学所通过简化IDIC受体的核心稠环合成路线并引入烷氧基取代，提高了产率，成功制备了低成本的高效受体材料MO-IDIC-2F。


器件与工艺：为规模化生产铺路
除了材料本身，制造过程中的成本和材料利用率也同样重要。

厚膜工艺：实验室的高效OPV电池活性层通常很薄（约100纳米），这对大面积生产的工艺均匀性要求极高。因此，开发厚膜器件（活性层厚度300纳米甚至更厚）至关重要，它可以放宽制备容差，更适合卷对卷大面积印刷技术。南科大团队在此方面取得了进展。

电极材料：目前普遍使用的ITO透明电极价格昂贵且柔性差。开发低成本、高性能的替代电极（如其他透明导电氧化物、金属网格、导电聚合物等）是实现柔性OPV和降低成本的重要一环。

溶剂添加剂工程：这是一种巧妙的形貌调控策略。例如，四川大学团队使用1-氯十六烷（Cl-16C） 作为添加剂，有效调控了活性层的微观结构，在不牺牲效率的前提下，大幅提升了薄膜的机械拉伸性能。这种方法无需复杂的分子设计，成本低且易于实施。


总结与展望

总的来说，有机光伏的降本之路是一个系统工程。非稠环电子受体（NFREA） 凭借其在简化合成方面的巨大优势，无疑是当前最明确的降本方向。同时，厚膜工艺与低成本电极的开发是支撑其规模化生产的关键。

需要注意的是，成本并非唯一的考量。正如李永舫院士所指出的，OPV未来的竞争力在于发挥其轻、薄、柔、半透明的特性，与晶硅太阳能电池实现应用场景互补，例如在光伏建筑一体化、可穿戴设备、室内光伏等领域。在这些领域，OPV的独特价值才能真正彰显。