日本将有机薄膜太阳能电池的转换效率提高1倍多

日本产业技术综合研究所（简称产综研）于2014年5月8日宣布，研究员宫寺哲彦等人组成的研究小组利用晶体生长技术，将有机薄膜太阳能电池的光电转换效率由此前的1.85％提高了1倍多，达到4.15％。

有机薄膜太阳能电池的主流结构是将搬运正电荷的施主材料和搬运负电荷的受主材料组合在一起的“Bulk Heterojunction”（体异质结）结构。不过，这种方式的结晶结构控制较难，此前一直是将两种材料随机混合在一起。此次产综研之所以能够提高光电转换效率，是因为开发出了可以将施主材料和受主材料完美分离并层积起来的晶体生长技术，实现了电荷路径连接至电极的结构（图1）。

研究小组利用此前制作体异质结时使用的共蒸发法（在真空中使两种材料同时升华、蒸发的方法）这种简单的成膜法，成功制作出了被称作“异质外延”（Heteroepitaxy）、两种材料各自的结晶方向保持一致的有机薄膜。名为BP2T（Biphenyl Bithiophene）的材料作为异质外延的“模板（Template）层”，在其上使施主材料酞菁锌（Zinc Phthalocyanine，ZnPc）和受主材料富勒烯（C60）共蒸发。将自组织性较强的BP2T形成的高结晶性模板层作为底层，由此提高了在其上生长的施主层和受主层的结晶规则性（图2）。

此次成功地实现了此前用共蒸发法难以完成的体异质结结构控制，有望加快有机薄膜太阳能电池的高效率化进程。（记者：中西 清隆，日经BP清洁技术研究所）


图1：有机薄膜太阳能电池的发电层。左侧是原来的随机结构，右侧是此次实现的理想结构（出处：日本产业技术综合研究所）




图2：此次开发出的制作流程（出处：日本产业技术综合研究所）