南開大學化學學院陳永勝教授團隊完成的“面向能源轉化與存儲的有機和碳納米材料研究”項目，獲得了國家自然科學二等獎。

陳永勝教授團隊開發的有機太陽能電池器件光電轉化效率多次刷新世界紀錄。2018年，他們設計、制備的，具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件，實現了17.3%的光電轉化效率，再次刷新了文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的世界紀錄。

“如果能利用地球及未來最豐富的元素之一——碳及其材料為基本原料實現高效低成本的綠色能源技術，將對解決目前人類面臨的重大能源問題具有重大意義。”陳永勝介紹，早期的有機太陽能電池研究主要集中在聚合物給體材料的設計合成，隨著有機太陽能電池的飛速發展以及器件工藝對材料的更高要求，具有確定化學結構的可溶液處理寡聚小分子材料開始引起人們的強烈關注。

“其中最重要的原因是這類材料具有結構單一、易提純、光伏器件結果重現性好的特點。”陳永勝說，早期大多數小分子溶液處理成膜性不好，因此主要采用蒸鍍的方法制備器件，使其應用前景受到很大限制。如何設計合成獲得具有良好性能并有確定分子結構的光伏活性層材料是長期困擾各國研究者的關鍵難題。

2004年，陳永勝到南開大學任教，建立了以碳材料為基礎的綠色能源材料和應用研究團隊，并在2007年開始進行有機太陽能發電和以碳納米材料為基礎的儲電方面的研究。

“當時整個領域處于低谷，光電轉化效率在5%左右。許多研究者對有機太陽能電池的未來發展不抱信心。而作為最重要的碳納米材料——石墨烯的研究，當時在國內還是空白。”陳永勝介紹，當時國外從事有機太陽能電池領域研究的團隊幾乎全部集中在傳統聚合物活性材料上，如果進行這方面的研究風險會很小，但難以形成特色和實現重大突破。

陳永勝團隊設計合成了具有確定分子結構和精確相對分子質量的一系列高效有機光伏寡聚物材料，開創了以繞丹寧、茚滿二酮等單元為端基，雙鍵橋連A-D-A結構的、新型高效可溶液加工的光伏活性層材料體系。

從效率5%到超過10%，再到2018年的17.3%，陳永勝帶領團隊多次刷新了有機太陽能電池領域光電轉換效率的世界紀錄。他們提出的設計理念和方法，發展的結構單元等被廣泛應用。十幾年來，他們在國際著名雜志發表了近300篇學術論文，申請了超過50篇發明專利，使中國真正引領了有機太陽能電池領域研究和發展。

2015年，陳永勝團隊開始進行有機疊層太陽能電池研究。通過對比無機材料和有機材料的特點，陳永勝認為，疊層太陽能電池是一個極具潛力的方案，它可以充分利用和發揮有機/高分子材料具有的結構多樣性、太陽光吸收和能級可調節等優點，獲得具有良好太陽光吸收互補的電池活性層材料，從而實現更高的光伏效率。

“這一研究結果縮小了有機太陽能電池與其他光伏技術效率之間的差距，提升了人們對有機太陽能電池的信心。它同時表明：有機太陽能電池可以實現和無機材料同樣的效率。”陳永勝說。

“按照我國2016年43.6億噸標準煤當量的能源需求計算，如果有機太陽能電池光電轉化效率提高一個百分點，相應的能源需求由太陽能電池來產生，就意味著每年減少使用4000噸標準煤，與之相應地可減少二氧化碳排放約1.6億噸。其社會和環境意義可見一斑。”陳永勝說。