可涂布制造的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池

日本研發(fā)可涂布制造的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池   

       這是日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）戰(zhàn)略性創(chuàng)造研究推進(jìn)事業(yè)的一個(gè)項(xiàng)目，是與北陸先端科學(xué)技術(shù)研究生院大學(xué)和高亮度光科學(xué)研究中心共同研究的成果。

日本研發(fā)可涂布制造的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池   

       有機(jī)半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池因是在塑料和金屬薄基板上，涂布半導(dǎo)體聚合物（高分子）形成的，不但柔軟、輕量、可彎曲，還有容易降低制造成本、對(duì)尺寸的制約少等優(yōu)點(diǎn)。

       而目前百萬(wàn)光伏電站等廣泛使用的結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池，采用的是在玻璃基板上粘貼薄型結(jié)晶硅半導(dǎo)體的構(gòu)造，存在硬而且重、設(shè)置場(chǎng)所受限以及尺寸缺乏靈活性等課題。

       不過(guò)，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的能源轉(zhuǎn)換效率只有結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池的一半左右，是阻礙實(shí)用化的課題。目前的轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)值為10％，此次理研等的研究小組實(shí)現(xiàn)了這一數(shù)值。

       為了使有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)10％，對(duì)半導(dǎo)體聚合物及形成的發(fā)電層和元件的構(gòu)造作了改進(jìn)。

       加厚了由輸送正電荷（空穴）的半導(dǎo)體聚合物與輸送負(fù)電荷（電子）的富勒烯衍生物混合形成的發(fā)電層。厚度由原來(lái)的約150nm增至2倍的300nm（n：1nm＝1/10億m），使電流密度增大，由此轉(zhuǎn)換效率由原來(lái)的約6％提高至8.5％。

       并且，通過(guò)采用元件陽(yáng)極和陰極對(duì)換配置的“逆構(gòu)造元件”，將轉(zhuǎn)換效率提高到了10％。

       太陽(yáng)能電池若發(fā)電層的厚度增加，光的吸收量會(huì)增加，電荷的生成量也隨之增加。不過(guò)，半導(dǎo)體聚合物與硅等相比，空穴遷移率較低，因此空穴在到達(dá)電極之前就會(huì)與電子重新結(jié)合，很難形成電流，所以轉(zhuǎn)換效率較低。

       所以，此次采用了結(jié)晶性高空穴遷移率也高，即使加厚發(fā)電層，空穴也能到達(dá)電極的半導(dǎo)體聚合物，使問(wèn)題得以改善。

       用大型同步輻射設(shè)施“SPring-8”分析此次的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池發(fā)電層的構(gòu)造時(shí)發(fā)現(xiàn)，在元件的上部電極和下部電極附近，半導(dǎo)體聚合物的分子配向不同，電荷的易流動(dòng)性在元件上下方向也不同。

       另外，此次的元件為了使由光吸收產(chǎn)生的電荷容易流動(dòng)，配置了陽(yáng)極和陰極，也為轉(zhuǎn)換效率的提高做出了貢獻(xiàn)。

       今后，為實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的目標(biāo)值——15％的轉(zhuǎn)換效率，將研究開(kāi)發(fā)材料和元件的構(gòu)造。