美国NREL期待有机太阳能电池，提出替代PEDOT及P3HT的材料

　　美国能源部（DOE）下属研究所“国家可再生能源实验室（Natonational Renewable Energy Laboratory，NREL）的研究员David Ginley于2010年9月15日出席正在长崎大学举行的第71届应用物理学会学术演讲会时，在谈到为人看好的太阳能电池时指出目前性能提高最快的是有机太阳能电池。“转换效率接近10～12％。从长期来看，转换效率有望达到15％，寿命有望达到10年”（Ginley）。另外，Ginley认为有机太阳能电池劣化较快的原因之一在于有机薄膜太阳能电池普遍采用的空穴输送材料（HTL）PEDOT：PSS，并表示已经找到了能够替代的材料。

　　Ginley在此次应用物理学会开设的研讨会“Prospects of Semiconductor Researches in Asia ―VLSI and Solar Cell―”上，以“Materials Optimization for Enhanced Performance of Organic Photovoltaic Devices”为题发表了演讲。

　　需要进行为目前百倍的大量生产

　　Ginley在演讲中首先强调，“太阳能发电是以尽可能低的成本来防止全球变暖的最佳对策之一”。但Ginley同时还指出，“目前来看，太阳能发电的发电性能等尚未达到可实现这一对策的条件。对今后的太阳电池而言，关键是要进一步开发只需利用地球上的常见材料即可制造的技术，实现低成本大量生产”。

　　这就是说，虽然目前全世界每年有10GW左右的太阳能电池被制造并投入使用，但要想对全球变暖形成真正的冲击力，实际上需要以（为目前百倍以上的）每年以TW规模来进行生产。而要实现这一目标，最重要是的要设法使太阳能电池只依靠低成本且能稳定供应的材料即可制造出来。

　　作为其最有力候补，Ginsley提到了有机太阳能电池，也就是有机薄膜太阳能电池和色素增感型太阳能电池。原因是“目前转换效率提高得最快，而且还有望实现低成本大量制造”（Ginsley）。“从目前的有机薄膜太阳能电池转换效率来看，单元超过了8％，模块提高到了4％。寿命正在接近1万小时。单元转换效率达到10～12％的可能性已经出现，将来还有望实现转换效率超过15％、寿命延长至10年的目标”（Ginsley）。

　　虽然有机太阳能电池的10年寿命要比结晶硅型太阳能电池的20年以上短许多，但“寿命并不需要达到20年以上那么长。因为（有机太阳能电池的）制造成本要远远低于结晶硅型太阳能电池，即使坏了也能够以很低的成本进行更换”（Ginsley）。

　　不过Ginley认为，对于他所考虑的有机太阳能电池来说，提高寿命仍然是最大的课题。Ginley具体关注的是，被普遍用作HTL材料的PEDOT:PSS的稳定性较低，存在“从电极与p型半导体间的界面开始劣化”（Ginsley）的问题。Ginley表示，NREL提出可利用氧化镍（NiO）来解决PEDOT:PSS存在的这一课题。

　　NREL对氧化镍的寿命及发电性能与PEDOT:PSS进行了详细比较，结果表明“采用氧化镍时的发电性能与PEDOT:PSS相同，而稳定性远远高于PEDOT:PSS”（Ginsley）。

　　但此外还有一个课题。这就是，HTL使用氧化镍后，如果p型半导体材料仍为原来的P3HT的话，在带隙控制这一点上，就有可能出现两者无法进行最佳组合的情况。

　　不过，NREL声称已经找到了解决这一课题的p型半导体材料。这就是名为“PCDTBT”（poly(N-9-heptadecanyl-2,7- carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2,1,3-benzothiadiazole)）的材料。

　　实际上，在利用名为ITO/NiO/PCDTBT/PCBM/Ca/Al的元件构造试制了面积为1cm2的太阳电池后表明，转换效率达到了6.7％。以氧化镍和PCDTBT替代PEDOT:PSS和P3HT时，转换效率为5.7％。NREL及美国科罗拉多大学(University of colorado)的研究人员K. Steirer等将于最近发表论文，对相关研究进行详细介绍。（记者：野泽 哲生）

文章作者：索比太阳能