日本研發可涂布制造的有機薄膜太陽能電池 實現10％的轉換效率

日本理化學研究所（理研）五月二十六日宣布，有機薄膜太陽能電池的轉換效率達到了10％。

此次的有機薄膜太陽能電池元件的模式圖（出處：理化學研究所）

這是日本科學技術振興機構（JST）戰略性創造研究推進事業的一個項目，是與北陸先端科學技術研究生院大學和高亮度光科學研究中心共同研究的成果。

采用陽極和陰極對換配置的逆構造元件（出處：理化學研究所）

有機半導體薄膜太陽能電池因是在塑料和金屬薄基板上，涂布半導體聚合物（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、對尺寸的制約少等優勢。

而目前百萬光伏電站等廣泛使用的結晶硅型太陽能電池，采用的是在玻璃基板上粘貼薄型結晶硅半導體的構造，存在硬而且重、設置場所受限以及尺寸缺乏靈活性等課題。

不過，有機薄膜太陽能電池的能源轉換效率惟有結晶硅型太陽能電池的一半左右，是妨礙實用化的課題。目前的轉換效率目標值為10％，此次理研等的研究小組實現了這一數值。

為了使有機薄膜太陽能電池的轉換效率實現10％，對半導體聚合物及形成的發電層和元件的構造作了改進。

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

并且，通過采用元件陽極和陰極對換配置的逆構造元件，將轉換效率提高到了10％。

太陽能電池若發電層的厚度新增，光的吸收量會新增，電荷的生成量也隨之新增。不過，半導體聚合物與硅等相比，空穴遷移率較低，因此空穴在到達電極之前就會與電子重新結合，很難形成電流，所以轉換效率較低。

所以，此次采用了結晶性高空穴遷移率也高，即使加厚發電層，空穴也能到達電極的半導體聚合物，使問題得以改善。

用大型同步輻射設施SPring-8分解此次的有機薄膜太陽能電池發電層的構造時發現，在元件的上部電極和下部電極附近，半導體聚合物的分子配向不同，電荷的易流動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出現的電荷容易流動，配置了陽極和陰極，也為轉換效率的提高做出了貢獻。

今后，為實實際用化的目標值15％的轉換效率，將研究開發材料和元件的構造。

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