美國(guó)能源部（DOE）下屬研究所“國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（Natonational Renewable Energy Laboratory，NREL）的研究員David Ginley于2010年9月15日出席正在長(zhǎng)崎大學(xué)舉行的第71屆應(yīng)用物理學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)演講會(huì)時(shí)，在談到為人看好的太陽(yáng)能電池時(shí)指出目前性能提高最快的是有機(jī)太陽(yáng)能電池?！稗D(zhuǎn)換效率接近10～12％。從長(zhǎng)期來看，轉(zhuǎn)換效率有望達(dá)到15％，壽命有望達(dá)到10年”（Ginley）。另外，Ginley認(rèn)為有機(jī)太陽(yáng)能電池劣化較快的原因之一在于有機(jī)薄膜太陽(yáng)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(yīng)用物理學(xué)會(huì)開設(shè)的研討會(huì)“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(jìn)行為目前百倍的大量生產(chǎn)

　　Ginley在演講中首先強(qiáng)調(diào)，“太陽(yáng)能發(fā)電是以盡可能低的成本來防止全球變暖的最佳對(duì)策之一”。但Ginley同時(shí)還指出，“目前來看，太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)電性能等尚未達(dá)到可實(shí)現(xiàn)這一對(duì)策的條件。對(duì)今后的太陽(yáng)電池而言，關(guān)鍵是要進(jìn)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(shí)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(yáng)能電池被制造并投入使用，但要想對(duì)全球變暖形成真正的沖擊力，實(shí)際上需要以（為目前百倍以上的）每年以TW規(guī)模來進(jìn)行生產(chǎn)。而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，最重要是的要設(shè)法使太陽(yáng)能電池只依靠低成本且能穩(wěn)定供應(yīng)的材料即可制造出來。

　　作為其最有力候補(bǔ)，Ginsley提到了有機(jī)太陽(yáng)能電池，也就是有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池和色素增感型太陽(yáng)能電池。原因是“目前轉(zhuǎn)換效率提高得最快，而且還有望實(shí)現(xiàn)低成本大量制造”（Ginsley）?！皬哪壳暗挠袡C(jī)薄膜太陽(yáng)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(wàn)小時(shí)。單元轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10～12％的可能性已經(jīng)出現(xiàn)，將來還有望實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率超過15％、壽命延長(zhǎng)至10年的目標(biāo)”（Ginsley）。

　　雖然有機(jī)太陽(yáng)能電池的10年壽命要比結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池的20年以上短許多，但“壽命并不需要達(dá)到20年以上那么長(zhǎng)。因?yàn)椋ㄓ袡C(jī)太陽(yáng)能電池的）制造成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池，即使壞了也能夠以很低的成本進(jìn)行更換”（Ginsley）。

　　不過Ginley認(rèn)為，對(duì)于他所考慮的有機(jī)太陽(yáng)能電池來說，提高壽命仍然是最大的課題。Ginley具體關(guān)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(dǎo)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(duì)氧化鎳的壽命及發(fā)電性能與PEDOT:PSS進(jìn)行了詳細(xì)比較，結(jié)果表明“采用氧化鎳時(shí)的發(fā)電性能與PEDOT:PSS相同，而穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PEDOT:PSS”（Ginsley）。

　　但此外還有一個(gè)課題。這就是，HTL使用氧化鎳后，如果p型半導(dǎo)體材料仍為原來的P3HT的話，在帶隙控制這一點(diǎn)上，就有可能出現(xiàn)兩者無法進(jìn)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(dǎo)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(shí)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(yáng)電池后表明，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.7％。以氧化鎳和PCDTBT替代PEDOT:PSS和P3HT時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為5.7％。NREL及美國(guó)科羅拉多大學(xué)(University of colorado)的研究人員K. Steirer等將于最近發(fā)表論文，對(duì)相關(guān)研究進(jìn)行詳細(xì)介紹。（記者：野澤 哲生）