此次的有机薄膜太阳能电池采用了p型半导体与n型半导体的接触面积大、可提高发电效率的本体异质结。而且采用了使p型半导体变成纳米级微细纤维状、在其他部分填充了n型半导体的结构(图3)。
这样就能减少现有本体异质结的电子传输损失。采用现有本体异质结构时,受到光照后产生的电子中有很多不会转化为发电能量的电子。这是因为结构内部存在孤立领域,此处产生的电子无法到达电极。而此次的太阳能电池通过使p型半导体变成纤维状,形成了使接触面产生的电子能够到达电极的路径,从而减少了输送损失。
此次的开发目标是输出功率达到现有太阳能电池的两倍以上,即150μW以上,转换效率达到7%以上。电池尺寸为10cm2以下(图4)。

图3 采用容易提高效率的结构。摘自演讲。

图4 开发目标。摘自演讲。
首先应用于植物工厂,然后扩大至住宅及服装用途

图5 采用纤维构造的有机半导体的制造方法。摘自演讲。
采用纳米级微细纤维结构的有机半导体是向溶解有高分子的溶液施加高电压,然后纺织纤维制成的。这种方法被称为电场纺丝法(图5)。
将来,谷冈打算将采用这种方法制作的纤维状有机薄膜太阳能电池纺织或编织成布(纺织品),作为可以自由折叠的平面状电源使用。虽然以树脂为基板的有机太阳能电池也可以弯曲,但织成布的太阳能电池不仅可以弯曲,还能像普通布料一样折叠,收放时占用空间很小。
谷冈介绍说,“(这种太阳能电池)的优点是,因为是纤维状元件的集合体,因此,不仅作为电源的可靠性更高,而且能够理想地引入从多个方向照射的室内照明的光线”(图6)。

图6 全方位引入光线。摘自演讲。

图7 用途将扩大至窗帘、壁纸、地毯、服装。摘自演讲。
目前,谷冈正在利用约5cm宽、2cm厚的纤维状太阳能电池试制品进行验证。今后将安装在传感器网络终端上,用于植物工厂。估计将来还会发展成布状太阳能电池,用途扩大至窗帘、壁纸、地毯及服装等(图7)。(《Tech-On!》特约撰稿人:加藤伸一)
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