2011年4月，日本三菱化學(xué)公司宣布，作為新一代太陽能電池有待實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的“有機(jī)薄膜太陽能電池”實(shí)現(xiàn)了9.2％的能源轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到全球最高值。

三菱化學(xué)有機(jī)薄膜太陽能電池（OPV）事業(yè)推進(jìn)室室長(zhǎng)星島時(shí)太郎

        該公司有機(jī)薄膜太陽能電池的特點(diǎn)在于，可利用印刷技術(shù)進(jìn)行高效率生產(chǎn)。或許在不久的將來，便可通過房間壁紙、窗簾、汽車車身及衣服等進(jìn)行光伏發(fā)電。

        “在不久的將來，除了屋頂之外，或許能夠通過家中的墻面、房間壁紙、窗簾、汽車車身和衣服等許多東西進(jìn)行光伏發(fā)電”，三菱化學(xué)執(zhí)行董事、有機(jī)薄膜太陽能電池（OPV）事業(yè)推進(jìn)室室長(zhǎng)星島時(shí)太郎這樣說道。

能源轉(zhuǎn)換效率為9.2％

        以福島第一核電站事故為契機(jī)，人們對(duì)自然能源\特別是光伏發(fā)電的期待日益高漲。在這種情況下，2011年4月，三菱化學(xué)宣布，作為“新一代太陽能電池”有待實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的“有機(jī)薄膜太陽能電池”實(shí)現(xiàn)了9.2％的能源轉(zhuǎn)換效率，達(dá)到全球最高值。

        星島介紹說：“該消息也出現(xiàn)在了美國(guó)的《科學(xué)）》 雜志上。能夠?qū)⒛茉崔D(zhuǎn)換效率從此前的最高值8％左右一舉提高1％，海外研究人員對(duì)此也非常吃驚。”

        目前設(shè)置于家中屋頂上的太陽能電池板大多是無機(jī)類“結(jié)晶硅太陽能電池”。由于價(jià)格較高，因此普及進(jìn)展較慢。其中最大的原因在于原料要使用高純度硅。而且，日本目前在硅的采購方面全部需要從中國(guó)進(jìn)口，面臨資源外交風(fēng)險(xiǎn)這一課題。

        因此亟需開發(fā)使用低價(jià)格、資源外交風(fēng)險(xiǎn)低原料的新一代太陽能電池。目前，作為其主流，全球各國(guó)都在快速推進(jìn)有機(jī)類太陽能電池的研發(fā)。

輕薄可彎曲

三菱化學(xué)開發(fā)的有機(jī)薄膜太陽能電池（點(diǎn)擊放大）

        有機(jī)類太陽能電池正如其名字一樣，是指以碳等有機(jī)物為材料制成的太陽能電池。現(xiàn)在大體分為“色素增感型太陽能電池”及“有機(jī)薄膜太陽能電池”兩種。 三菱化學(xué)目前正在推進(jìn)研發(fā)的是后者。特別是有機(jī)薄膜太陽能電池，使用易于采購的原料，與原來的結(jié)晶硅太陽能電池相比，可降低生產(chǎn)成本。而且，因?yàn)榫邆漭p薄可彎曲等特點(diǎn)，所以應(yīng)用范圍較廣，可根據(jù)多種設(shè)計(jì)進(jìn)行加工。

        有機(jī)類太陽能電池方面，作為主要原料的有機(jī)物掌握著提高性能的關(guān)鍵。因此，近幾年來，為了將自己公司多年積累的材料相關(guān)知識(shí)及技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池，住友化學(xué)、三井化學(xué)、東麗和東洋紡等材料廠商相繼涉足該市場(chǎng)。三菱化學(xué)也是其中之一。

        以前的課題是能源轉(zhuǎn)換效率僅為5％左右，產(chǎn)品壽命較短。因此，為了進(jìn)一步提高能源轉(zhuǎn)換效率、延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)展開了激烈競(jìng)爭(zhēng)。在這種情況下，三菱化學(xué)發(fā)布了“能源轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)9.2％”的試制品。

        星島稱：“如果能夠?qū)⒛茉崔D(zhuǎn)換效率提高到10％，就能下決心投入實(shí)用。通過此次的成功，預(yù)計(jì)能夠在2012年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。”

        星島又補(bǔ)充道：“不過，本公司有機(jī)薄膜太陽能電池的真正價(jià)值并不在于能源轉(zhuǎn)換效率較高，而是在于可利用印刷技術(shù)的制造方法。”

可在薄膜基板上印刷制造

        此前作為有機(jī)薄膜太陽能電池的制造方法，一般采用的是“真空蒸鍍法”。真空蒸鍍法的缺點(diǎn)在于，由于需要大型制造裝置，因此生產(chǎn)成本較高，而且難以實(shí)現(xiàn)較大的面積。

        相對(duì)于此，三菱化學(xué)開發(fā)的產(chǎn)品可通過在薄膜基板等上進(jìn)行印刷，簡(jiǎn)單地制造出來。因此，制造裝置比較小，可進(jìn)行大量生產(chǎn)。也易于實(shí)現(xiàn)較大的面積。

        這樣一來，就連“通過房間壁紙及窗簾進(jìn)行發(fā)電”等也開始帶有現(xiàn)實(shí)意味。

連續(xù)涂布（卷對(duì)卷）制膜工藝介紹

        使采用印刷技術(shù)的制造方法成為可能的，是該三菱化學(xué)開發(fā)的有機(jī)半導(dǎo)體材料。

        有機(jī)薄膜太陽能電池需要使用兩種有機(jī)半導(dǎo)體材料。一種是受到光的照射會(huì)釋放出電子的“ｐ型有機(jī)半導(dǎo)體”。另一種是可獲取電子并傳輸給電極的“n型有機(jī)半導(dǎo)體”。

        在三菱化學(xué)開發(fā)的有機(jī)薄膜太陽能電池中，ｐ型有機(jī)半導(dǎo)體使用的是被稱為“四苯并卟啉（Tetrabenzoporphyrin）”的有機(jī)物，而n型有機(jī)半導(dǎo)體使用的是“富勒烯衍生物”。富勒烯衍生物是指在由60個(gè)碳原子構(gòu)成的足球狀分子富勒烯上嵌入有機(jī)分子的化合物。

利用與“有機(jī)EL”相反的物理現(xiàn)象

        四苯并卟啉實(shí)際上是2006年由當(dāng)時(shí)還是三菱化學(xué)控股集團(tuán)的三菱化學(xué)與愛媛大學(xué)理工系名譽(yù)教授小野升，作為有機(jī)EL和電子紙的驅(qū)動(dòng)薄膜晶體管材料開發(fā)而成的。由于半導(dǎo)體特性恰好與有機(jī)薄膜太陽能電池的條件一致，因此便開始應(yīng)用于太陽能電池。順便一提，有機(jī)薄膜太陽能電池利用的是與通電后發(fā)光的“有機(jī)EL”材料相反的物理現(xiàn)象。

        其中，三菱化學(xué)著眼于四苯并卟啉所擁有的兩個(gè)特性。一個(gè)特性是，雖然不溶于有機(jī)溶劑，但作為其前一階段物質(zhì)的“前驅(qū)體”溶于有機(jī)溶劑。另一個(gè)是，如果加熱前驅(qū)體，在180度左右會(huì)形成結(jié)晶，這樣形成的四苯并卟啉薄膜具有良好的半導(dǎo)體特性，平面性也比較出色。

        如果使四苯并卟啉的前驅(qū)體溶于有機(jī)溶劑變成墨水狀，然后涂布到薄膜基板上進(jìn)行加熱，也許就能簡(jiǎn)單地制造出有機(jī)薄膜太陽能電池。

        擁有這種想法的三菱化學(xué)開發(fā)團(tuán)隊(duì)與東京大學(xué)研究生院理學(xué)系研究科教授中村榮一等共同開始研發(fā)有機(jī)薄膜太陽能電池。

如果用150～180度的高溫加熱四苯并卟啉的前驅(qū)體，就會(huì)顯示出半導(dǎo)體特性。

        在共同研究過程中，東京大學(xué)新開發(fā)出了富勒烯衍生物，以高效率獲取四苯并卟啉所釋放出的電子。

        于是，2007年，三菱化學(xué)與東京大學(xué)共同通過在薄膜基板上涂布四苯并卟啉低分子有機(jī)半導(dǎo)體材料并進(jìn)行加熱，成功制造出了有機(jī)薄膜太陽能電池，這在全球尚屬首次。

        在開發(fā)成功之后，三菱化學(xué)2008年4月把有機(jī)薄膜太陽能電池定位為該公司的“七大扶植業(yè)務(wù)”之一，開始全面致力于實(shí)現(xiàn)有機(jī)薄膜太陽能電池的實(shí)用化。 

        從2009年4月起，在東京大學(xué)研究生院理學(xué)系研究科的協(xié)助下，三菱化學(xué)開設(shè)了為期3年的社會(huì)合作講座“光電轉(zhuǎn)換化學(xué)講座”。通過改良有機(jī)半導(dǎo)體材料及改進(jìn)光學(xué)設(shè)計(jì)，穩(wěn)步提高了能源轉(zhuǎn)換效率。并于2011年4月實(shí)現(xiàn)了9.2％的能源轉(zhuǎn)換效率。

        星島充滿自信地說：“作為實(shí)現(xiàn)有機(jī)薄膜太陽能電池高性能化的里程碑，本公司提出了使能源轉(zhuǎn)換效率在2010年達(dá)到10％、2015年達(dá)到15％、2020年達(dá)到20％以上的目標(biāo)。目前基本按計(jì)劃順利推進(jìn)。”

力爭(zhēng)2012年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化

        今后，三菱化學(xué)計(jì)劃通過進(jìn)一步提高四苯并卟啉制造技術(shù)水平，使之能夠吸收波長(zhǎng)范圍更廣的光，提高能源轉(zhuǎn)換效率。另外，還將改良富勒烯衍生物、開發(fā)元件技術(shù)、確立采用在薄膜基板上涂布有機(jī)半導(dǎo)體材料并進(jìn)行加熱的“連續(xù)涂布（卷對(duì)卷）制膜工藝”的制造方法、完善制造工廠等，力爭(zhēng)在2012年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。產(chǎn)品壽命目前為10年以上，完全可應(yīng)對(duì)實(shí)用化。

        星島表示：“并且領(lǐng)先于其他公司盡早開拓新一代太陽能電池市場(chǎng)也是本公司面臨的較大課題。因此，現(xiàn)在我們還在致力于非晶硅太陽能電池的產(chǎn)品開發(fā)。”

        非晶硅太陽能電池是與有機(jī)薄膜太陽能電池同樣的薄膜型太陽能電池。除了可共用部分生產(chǎn)線之外，市場(chǎng)也相同。因此，三菱化學(xué)打算使目前正在大力發(fā)展的非晶硅太陽能電池市場(chǎng)成為開拓有機(jī)薄膜太陽能電池市場(chǎng)的立足點(diǎn)。（《日經(jīng)商務(wù)在線》特約撰稿人：山田久美）