《火星救援》中，主角马克·沃特尼蹲在火星褐红色的荒原上，小心翼翼地将一张柔性太阳能毯铺在火星车的顶部充电。《头号玩家》中，主角韦德·沃兹使用改装背包嵌入薄膜光伏为电子设备供电……在全球能源结构加速转型的浪潮中，可再生能源技术逐渐迈向创新前沿。作为太阳能领域的新星，有机光伏以其轻量化、柔性可塑和环境友好等独特优势，正成为破解能源困境的关键路径。上述科幻电影中出现的可穿戴光伏材料，在现实中还未走出实验室获得产业化应用。而研究这些可穿戴式光伏材料，并推动实现产业化，正是付振和所在团队的研究方向。五年硕博生涯的潜沉，从绝缘物掺杂突破效率瓶颈，到双稀释策略筑牢稳定防线，再到分子量调控打通厚度耐受的“最后一公里”，付振和团队从底层物理机制出发，层层突破，为厚膜有机光伏材料产业化奠定了坚实的科研基础。
付振，中共党员，物理学院2023级博士研究生（硕博连读），凝聚态物理专业，师从郝晓涛教授，研究方向为有机光伏激发态动力学。
反其道而行：不追超薄纪录，偏啃厚膜硬骨头
付振与凝聚态物理的缘分，始于对动手实验的偏爱。本科读物理时，他特别喜欢在实验室里摆弄设备，观察真实的实验现象，希望自己能做出能落地、有实际应用价值的科研成果。怀着这个想法，硕博期间，他选择了实验性很强的凝聚态物理专业，并将科研目光聚焦在了有机光伏材料领域。
有机光伏材料是指一类以碳基共轭体系为主体的半导体材料，能够吸收太阳光，进而通过特定结构将光能转化为电能。当前，因为使用寿命长，成本低，晶体硅是电力市场的主流光伏材料，但因为其刚硬、脆、厚的特点，不能制作柔性可穿戴光伏设备。相较于晶体硅和钙钛矿等传统的光伏材料，有机光伏最大的优势就是柔软可弯曲，但在推广应用于可穿戴设备或曲面建筑方面仍存在研究瓶颈：有机光伏材料太薄会吸光不足，太厚则会影响发电效率。100纳米成为行业内平衡“激子传输”与“光吸收”的最优折中厚度。但实验室中这种靠精密操控做出的纳米级超薄膜到了产业化阶段无法落地：超薄膜太薄，一碰就损，低良率让工厂难以承接；超薄活性层太过脆弱，扛不住印刷的热应力与机械摩擦，户外使用的稳定性也大打折扣。
面对这些困难，很多研究者首先想到的是如何精进制作工艺，确保能做出100nm的有机光伏器件。但付振却在想，为什么不能转换视角，从改变薄膜的厚度入手呢？在与导师深入讨论后，他决定跳出“薄才是对的”这一行业内的思维定式，将研究方向转向通过材料与器件创新拓宽有机光伏材料的厚度，真正打通从实验室到工厂的链路，推动有机光伏材料的产业化应用。
三项科研成果：为有机光伏产业化奠定坚实技术基础
付振的第一个突破口，藏在一组毫不起眼的实验数据里。
此前，他一直在思考，厚膜条件下，怎样在不改变给体材料光电性质的前提下，强制让它的分子排布更加有序，从而提高光电转换效率。一次实验中，为调节溶液粘度加入的少量绝缘物，意外让有机光伏器件的一个参数发生了微妙的变化。这个被多数人忽略的异常信号，被付振捕捉到了。在“绝缘体对光伏器件有害”的行业主流认知下，不少人劝他别在这种无意义的现象上浪费时间，他却逆着主流认知，对这份数据反复琢磨，不肯放过任何一个细节。关键时刻，导师郝晓涛教授仔细查看了所有原始实验记录，果断拍板支持他深入验证。随后，导师帮他协调课题组资源和大型实验装置，助力付振挖掘数据背后的深层机理。
经过系列研究，付振和团队最终证实了绝缘物对有机光伏材料的调控作用，建立了分子间相互作用、分子堆积模式与激子动力学的详细关联，提出绝缘物的吸附效应可以增益激子扩散，并实现了记录级别的厚膜有机光伏器件发电效率。这一研究成果为后续的研究奠定了坚实的基础，相关研究论文还被ESI（基本科学指标数据库）评选为高被引论文。
“器件效率提升了，可能它的稳定性会下降。”在导师的提醒下，付振通过测试发现果然如老师所说，器件稳定性出现了明显衰减。对光伏技术来说，稳定性是产业化的生命线，效率再高，若使用中快速衰减，便毫无实用价值，这直接决定着技术能否从实验室走向工厂、走进生活。
稳定性跟器件结构的传输层息息相关，通过科研攻关，付振和团队创新性地从能量无序角度出发，阐明了热老化以及厚度增加导致器件性能恶化背后的物理机制，并研究出了通过双稀释策略解决稳定性的方法：厚膜器件受热后效率下降，就像精密钟表长期受热，内部齿轮会微微跑偏，导致走时不准；而双稀释策略恰好能从源头抑制材料分子受热后的微小振动与位移，如同给厚膜的电荷传输通道筑起一道加固防护墙，让其即便在长期热应力下，也能保持通道顺畅，实现稳定发电。为验证这一策略的有效性，付振和团队开展了长达1000小时的热老化测试，结果显示器件效率仍可以维持在90％，双稀释策略的有效性得到了充分印证。
解决了效率和稳定性问题，付振又将目光投向了更具挑战性的厚度耐受性上。厚度耐受性是指有机光伏材料的活性层厚度增加时，发电效率保持不显著下降的能力。这是当前有机光伏从实验室走向工业量产最核心的障碍之一。它直接决定了能否用廉价、大幅面的印刷工艺生产出高良品的有机光伏器件。由于有机光伏材料激子扩散短的特性，行业默认厚度超500纳米发电效率就会暴跌，微米级极限似乎遥不可及。
在前期研究的基础上，付振提出通过改变绝缘物分子量，调控给受体纳米纤维互穿网络结构的新思路，让厚膜也能顺畅传输电荷。实验之路布满荆棘：从100纳米到300纳米，发电效率小幅下滑；推进到500纳米时，实验结果陷入停滞。那段日子，付振每晚都会把失败器件的形貌图谱铺满桌面，逐步回忆实验细节，反复琢磨优化方向。科研压力袭来时，深夜操场的跑步声成了他的解压背景音，戴上耳机奔跑，既能宣泄焦虑，也能让思路在沉静中沉淀。
当测试厚度突破1000纳米，屏幕上跳出发电效率稳定在10%以上的数据时，整个实验室瞬间沸腾。要知道，此前行业厚膜发电效率仅有5%-8%，这一成果不仅实现了数字上的跨越，更证明有机光伏能同时具备高效发电与厚膜耐受这两种曾被认为矛盾的特性，其高工艺宽容度让大面积卷对卷印刷成为可能，更为有机光伏产业化铺平了道路。
筑基与破竹：向下扎根，向上生长
回望自己的科研经历和取得的阶段性成果，付振最大的体会是要拥有“向下扎根，向上生长”的科研精神，这是导师常跟他们强调的。
在研究绝缘物对有机光伏材料的调控机制时，如何找到绝缘物的作用点并实现可控的复现过程？什么时候加入绝缘物、加在哪里、加多少？刚开始，付振对这些一无所知，只能通过一点点的实验寻找规律。在这个过程中，有大约两三个月的时间，付振做的所有的实验器件效率都没有任何提升。他说：“最艰难的时候不是实验中的数据不理想，而是那种看不到希望，怀疑自己能否继续走下去的时候。”关键时刻，导师的无条件支持与女朋友“慢慢来”的安慰抚平了他的焦虑。他沉下心来，开始像导师经常教他们那样追问：为什么会这样？具体是怎么影响到的器件？底层的物理机制是什么？那段时间，他没有急着更换材料体系另起炉灶，而是每天将实验失败器件的形貌图谱铺满桌面，对它们进行系统地微观结构和光电物理表征方面的数据梳理。最终，在那些看似没用的数据中，梳理出了绝缘物作用于器件的内在物理机制，为后续所有的突破研究奠定了理论基础。
从开始没有科研产出的焦虑，到慢慢将焦虑转变为向前突破的动力，付振一直在筑基，一边进行大量实验积累数据，一边沉入到问题最底层的物理机制中去寻找答案，让那些看似没有任何成果的时期，成为最重要的扎根期。正如竹子的生长，经历过长期的向下扎根，一旦破土而出，便以惊人的速度向上攀升、势不可挡。
付振说，从他的前期研究成果出发，到达产业化生产，至少还有两大门槛要迈：一是工程与成本的平衡，实验室中为提升厚度耐受性所采用的部分精密工艺和材料，如果放大到工业化处理过程中，必须寻找更经济、稳定的替代方案；二是材料的长期可靠性，尽管实验室中进行了几千小时的加速老化测试，但户外的环境更复杂，需要建立更完善的可靠性模型与实用数据库。
未来，他将继续在厚膜光伏领域深耕，向有机光伏的产业化突破一步步推进。他的心中有幅有机光伏的应用图景：曲面幕墙自主供电、汽车天窗无限续航、户外背包随时赋能。他希望，通过包括自己在内的同领域人的共同努力，能早些让这些场景照进现实。
【供稿单位：宣传部 研究生院、研工部 物理学院 作者：冯嘉雯 张丹丹 摄影：受访者提供 编辑：新闻网工作室 责任编辑：林竹 】
