日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（簡(jiǎn)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(zhǎng)技術(shù)，將有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率由此前的1.85％提高了1倍多，達(dá)到4.15％。

有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的主流結(jié)構(gòu)是將搬運(yùn)正電荷的施主材料和搬運(yùn)負(fù)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(guò)，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(jī)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?yàn)殚_(kāi)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(lái)的晶體生長(zhǎng)技術(shù)，實(shí)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(shí)使用的共蒸發(fā)法（在真空中使兩種材料同時(shí)升華、蒸發(fā)的方法）這種簡(jiǎn)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(jī)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(qiáng)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(zhǎng)的施主層和受主層的結(jié)晶規(guī)則性（圖2）。

此次成功地實(shí)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(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的高效率化進(jìn)程。（記者：中西 清隆，日經(jīng)BP清潔技術(shù)研究所）


圖1：有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的發(fā)電層。左側(cè)是原來(lái)的隨機(jī)結(jié)構(gòu)，右側(cè)是此次實(shí)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(kāi)發(fā)出的制作流程（出處：日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所）