“印刷”制造太阳能电池，衣服也可用来发电！

        2011年4月，日本三菱化学公司宣布，作为新一代太阳能电池有待实现实用化的“有机薄膜太阳能电池”实现了9.2％的能源转换效率，达到全球最高值。

三菱化学有机薄膜太阳能电池（OPV）事业推进室室长星岛时太郎

        该公司有机薄膜太阳能电池的特点在于，可利用印刷技术进行高效率生产。或许在不久的将来，便可通过房间壁纸、窗帘、汽车车身及衣服等进行光伏发电。

        “在不久的将来，除了屋顶之外，或许能够通过家中的墙面、房间壁纸、窗帘、汽车车身和衣服等许多东西进行光伏发电”，三菱化学执行董事、有机薄膜太阳能电池（OPV）事业推进室室长星岛时太郎这样说道。

能源转换效率为9.2％

        以福岛第一核电站事故为契机，人们对自然能源\特别是光伏发电的期待日益高涨。在这种情况下，2011年4月，三菱化学宣布，作为“新一代太阳能电池”有待实现实用化的“有机薄膜太阳能电池”实现了9.2％的能源转换效率，达到全球最高值。

        星岛介绍说：“该消息也出现在了美国的《科学）》 杂志上。能够将能源转换效率从此前的最高值8％左右一举提高1％，海外研究人员对此也非常吃惊。”

        目前设置于家中屋顶上的太阳能电池板大多是无机类“结晶硅太阳能电池”。由于价格较高，因此普及进展较慢。其中最大的原因在于原料要使用高纯度硅。而且，日本目前在硅的采购方面全部需要从中国进口，面临资源外交风险这一课题。

        因此亟需开发使用低价格、资源外交风险低原料的新一代太阳能电池。目前，作为其主流，全球各国都在快速推进有机类太阳能电池的研发。

轻薄可弯曲

三菱化学开发的有机薄膜太阳能电池（点击放大）

        有机类太阳能电池正如其名字一样，是指以碳等有机物为材料制成的太阳能电池。现在大体分为“色素增感型太阳能电池”及“有机薄膜太阳能电池”两种。 三菱化学目前正在推进研发的是后者。特别是有机薄膜太阳能电池，使用易于采购的原料，与原来的结晶硅太阳能电池相比，可降低生产成本。而且，因为具备轻薄可弯曲等特点，所以应用范围较广，可根据多种设计进行加工。

        有机类太阳能电池方面，作为主要原料的有机物掌握着提高性能的关键。因此，近几年来，为了将自己公司多年积累的材料相关知识及技术应用于太阳能电池，住友化学、三井化学、东丽和东洋纺等材料厂商相继涉足该市场。三菱化学也是其中之一。

        以前的课题是能源转换效率仅为5％左右，产品寿命较短。因此，为了进一步提高能源转换效率、延长产品寿命，许多企业和研究机构展开了激烈竞争。在这种情况下，三菱化学发布了“能源转换效率实现9.2％”的试制品。

        星岛称：“如果能够将能源转换效率提高到10％，就能下决心投入实用。通过此次的成功，预计能够在2012年实现实用化。”

        星岛又补充道：“不过，本公司有机薄膜太阳能电池的真正价值并不在于能源转换效率较高，而是在于可利用印刷技术的制造方法。”

可在薄膜基板上印刷制造

        此前作为有机薄膜太阳能电池的制造方法，一般采用的是“真空蒸镀法”。真空蒸镀法的缺点在于，由于需要大型制造装置，因此生产成本较高，而且难以实现较大的面积。

        相对于此，三菱化学开发的产品可通过在薄膜基板等上进行印刷，简单地制造出来。因此，制造装置比较小，可进行大量生产。也易于实现较大的面积。

        这样一来，就连“通过房间壁纸及窗帘进行发电”等也开始带有现实意味。

连续涂布（卷对卷）制膜工艺介绍

        使采用印刷技术的制造方法成为可能的，是该三菱化学开发的有机半导体材料。

        有机薄膜太阳能电池需要使用两种有机半导体材料。一种是受到光的照射会释放出电子的“ｐ型有机半导体”。另一种是可获取电子并传输给电极的“n型有机半导体”。

        在三菱化学开发的有机薄膜太阳能电池中，ｐ型有机半导体使用的是被称为“四苯并卟啉（Tetrabenzoporphyrin）”的有机物，而n型有机半导体使用的是“富勒烯衍生物”。富勒烯衍生物是指在由60个碳原子构成的足球状分子富勒烯上嵌入有机分子的化合物。

利用与“有机EL”相反的物理现象

        四苯并卟啉实际上是2006年由当时还是三菱化学控股集团的三菱化学与爱媛大学理工系名誉教授小野升，作为有机EL和电子纸的驱动薄膜晶体管材料开发而成的。由于半导体特性恰好与有机薄膜太阳能电池的条件一致，因此便开始应用于太阳能电池。顺便一提，有机薄膜太阳能电池利用的是与通电后发光的“有机EL”材料相反的物理现象。

        其中，三菱化学着眼于四苯并卟啉所拥有的两个特性。一个特性是，虽然不溶于有机溶剂，但作为其前一阶段物质的“前驱体”溶于有机溶剂。另一个是，如果加热前驱体，在180度左右会形成结晶，这样形成的四苯并卟啉薄膜具有良好的半导体特性，平面性也比较出色。

        如果使四苯并卟啉的前驱体溶于有机溶剂变成墨水状，然后涂布到薄膜基板上进行加热，也许就能简单地制造出有机薄膜太阳能电池。

        拥有这种想法的三菱化学开发团队与东京大学研究生院理学系研究科教授中村荣一等共同开始研发有机薄膜太阳能电池。

如果用150～180度的高温加热四苯并卟啉的前驱体，就会显示出半导体特性。

        在共同研究过程中，东京大学新开发出了富勒烯衍生物，以高效率获取四苯并卟啉所释放出的电子。

        于是，2007年，三菱化学与东京大学共同通过在薄膜基板上涂布四苯并卟啉低分子有机半导体材料并进行加热，成功制造出了有机薄膜太阳能电池，这在全球尚属首次。

        在开发成功之后，三菱化学2008年4月把有机薄膜太阳能电池定位为该公司的“七大扶植业务”之一，开始全面致力于实现有机薄膜太阳能电池的实用化。 

        从2009年4月起，在东京大学研究生院理学系研究科的协助下，三菱化学开设了为期3年的社会合作讲座“光电转换化学讲座”。通过改良有机半导体材料及改进光学设计，稳步提高了能源转换效率。并于2011年4月实现了9.2％的能源转换效率。

        星岛充满自信地说：“作为实现有机薄膜太阳能电池高性能化的里程碑，本公司提出了使能源转换效率在2010年达到10％、2015年达到15％、2020年达到20％以上的目标。目前基本按计划顺利推进。”

力争2012年实现实用化

        今后，三菱化学计划通过进一步提高四苯并卟啉制造技术水平，使之能够吸收波长范围更广的光，提高能源转换效率。另外，还将改良富勒烯衍生物、开发元件技术、确立采用在薄膜基板上涂布有机半导体材料并进行加热的“连续涂布（卷对卷）制膜工艺”的制造方法、完善制造工厂等，力争在2012年实现实用化。产品寿命目前为10年以上，完全可应对实用化。

        星岛表示：“并且领先于其他公司尽早开拓新一代太阳能电池市场也是本公司面临的较大课题。因此，现在我们还在致力于非晶硅太阳能电池的产品开发。”

        非晶硅太阳能电池是与有机薄膜太阳能电池同样的薄膜型太阳能电池。除了可共用部分生产线之外，市场也相同。因此，三菱化学打算使目前正在大力发展的非晶硅太阳能电池市场成为开拓有机薄膜太阳能电池市场的立足点。（《日经商务在线》特约撰稿人：山田久美）