美國能源部（DOE）下屬研究所“國家可再生能源實驗室（Natonational Renewable Energy Laboratory，NREL）的研究員David Ginley于2010年9月15日出席正在長崎大學舉行的第71屆應用物理學會學術(shù)演講會時，在談到為人看好的太陽能電池時指出目前性能提高最快的是有機太陽能電池?！稗D(zhuǎn)換效率接近10～12％。從長期來看，轉(zhuǎn)換效率有望達到15％，壽命有望達到10年”（Ginley）。另外，Ginley認為有機太陽能電池劣化較快的原因之一在于有機薄膜太陽能電池普遍采用的空穴輸送材料（HTL）PEDOT：PSS，并表示已經(jīng)找到了能夠替代的材料。

　　Ginley在此次應用物理學會開設的研討會“Prospects of Semiconductor Researches in Asia ?VLSI and Solar Cell?”上，以“Materials Optimization for Enhanced Performance of Organic Photovoltaic Devices”為題發(fā)表了演講。

　　需要進行為目前百倍的大量生產(chǎn)

　　Ginley在演講中首先強調(diào)，“太陽能發(fā)電是以盡可能低的成本來防止全球變暖的最佳對策之一”。但Ginley同時還指出，“目前來看，太陽能發(fā)電的發(fā)電性能等尚未達到可實現(xiàn)這一對策的條件。對今后的太陽電池而言，關鍵是要進一步開發(fā)只需利用地球上的常見材料即可制造的技術(shù)，實現(xiàn)低成本大量生產(chǎn)”。

　　這就是說，雖然目前全世界每年有10GW左右的太陽能電池被制造并投入使用，但要想對全球變暖形成真正的沖擊力，實際上需要以（為目前百倍以上的）每年以TW規(guī)模來進行生產(chǎn)。而要實現(xiàn)這一目標，最重要是的要設法使太陽能電池只依靠低成本且能穩(wěn)定供應的材料即可制造出來。

　　作為其最有力候補，Ginsley提到了有機太陽能電池，也就是有機薄膜太陽能電池和色素增感型太陽能電池。原因是“目前轉(zhuǎn)換效率提高得最快，而且還有望實現(xiàn)低成本大量制造”（Ginsley）?！皬哪壳暗挠袡C薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率來看，單元超過了8％，模塊提高到了4％。壽命正在接近1萬小時。單元轉(zhuǎn)換效率達到10～12％的可能性已經(jīng)出現(xiàn)，將來還有望實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率超過15％、壽命延長至10年的目標”（Ginsley）。

　　雖然有機太陽能電池的10年壽命要比結(jié)晶硅型太陽能電池的20年以上短許多，但“壽命并不需要達到20年以上那么長。因為（有機太陽能電池的）制造成本要遠遠低于結(jié)晶硅型太陽能電池，即使壞了也能夠以很低的成本進行更換”（Ginsley）。

　　不過Ginley認為，對于他所考慮的有機太陽能電池來說，提高壽命仍然是最大的課題。Ginley具體關注的是，被普遍用作HTL材料的PEDOT:PSS的穩(wěn)定性較低，存在“從電極與p型半導體間的界面開始劣化”（Ginsley）的問題。Ginley表示，NREL提出可利用氧化鎳（NiO）來解決PEDOT:PSS存在的這一課題。

　　NREL對氧化鎳的壽命及發(fā)電性能與PEDOT:PSS進行了詳細比較，結(jié)果表明“采用氧化鎳時的發(fā)電性能與PEDOT:PSS相同，而穩(wěn)定性遠遠高于PEDOT:PSS”（Ginsley）。

　　但此外還有一個課題。這就是，HTL使用氧化鎳后，如果p型半導體材料仍為原來的P3HT的話，在帶隙控制這一點上，就有可能出現(xiàn)兩者無法進行最佳組合的情況。

　　不過，NREL聲稱已經(jīng)找到了解決這一課題的p型半導體材料。這就是名為“PCDTBT”（poly(N-9-heptadecanyl-2,7- carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)）的材料。

　　實際上，在利用名為ITO/NiO/PCDTBT/PCBM/Ca/Al的元件構(gòu)造試制了面積為1cm2的太陽電池后表明，轉(zhuǎn)換效率達到了6.7％。以氧化鎳和PCDTBT替代PEDOT:PSS和P3HT時，轉(zhuǎn)換效率為5.7％。NREL及美國科羅拉多大學(University of colorado)的研究人員K. Steirer等將于最近發(fā)表論文，對相關研究進行詳細介紹。（記者：野澤 哲生）