日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（簡稱產(chǎn)綜研）于2014年5月8日宣布，研究員宮寺哲彥等人組成的研究小組利用晶體生長技術(shù)，將有機薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率由此前的1.85％提高了1倍多，達到4.15％。

有機薄膜太陽能電池的主流結(jié)構(gòu)是將搬運正電荷的施主材料和搬運負電荷的受主材料組合在一起的“Bulk Heterojunction”（體異質(zhì)結(jié)）結(jié)構(gòu)。不過，這種方式的結(jié)晶結(jié)構(gòu)控制較難，此前一直是將兩種材料隨機混合在一起。此次產(chǎn)綜研之所以能夠提高光電轉(zhuǎn)換效率，是因為開發(fā)出了可以將施主材料和受主材料完美分離并層積起來的晶體生長技術(shù)，實現(xiàn)了電荷路徑連接至電極的結(jié)構(gòu)（圖1）。

研究小組利用此前制作體異質(zhì)結(jié)時使用的共蒸發(fā)法（在真空中使兩種材料同時升華、蒸發(fā)的方法）這種簡單的成膜法，成功制作出了被稱作“異質(zhì)外延”（Heteroepitaxy）、兩種材料各自的結(jié)晶方向保持一致的有機薄膜。名為BP2T（Biphenyl Bithiophene）的材料作為異質(zhì)外延的“模板（Template）層”，在其上使施主材料酞菁鋅（Zinc Phthalocyanine，ZnPc）和受主材料富勒烯（C60）共蒸發(fā)。將自組織性較強的BP2T形成的高結(jié)晶性模板層作為底層，由此提高了在其上生長的施主層和受主層的結(jié)晶規(guī)則性（圖2）。

此次成功地實現(xiàn)了此前用共蒸發(fā)法難以完成的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)控制，有望加快有機薄膜太陽能電池的高效率化進程。（記者：中西 清隆，日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所）


圖1：有機薄膜太陽能電池的發(fā)電層。左側(cè)是原來的隨機結(jié)構(gòu)，右側(cè)是此次實現(xiàn)的理想結(jié)構(gòu)（出處：日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所）




圖2：此次開發(fā)出的制作流程（出處：日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所）