日本研发可涂布制造的有机薄膜太阳能电池 实现10％的转换效率

日本理化学研究所（理研）5月26日宣布，有机薄膜太阳能电池的转换效率达到了10％。

此次的有机薄膜太阳能电池元件的模式图（出处：理化学研究所）

这是日本科学技术振兴机构（JST）战略性创造研究推进事业的一个项目，是与北陆先端科学技术研究生院大学和高亮度光科学研究中心共同研究的成果。

采用阳极和阴极对换配置的“逆构造元件”（出处：理化学研究所）

有机半导体薄膜太阳能电池因是在塑料和金属薄基板上，涂布半导体聚合物（高分子）形成的，不但柔软、轻量、可弯曲，还有容易降低制造成本、对尺寸的制约少等优点。

而目前百万光伏电站等广泛使用的结晶硅型太阳能电池，采用的是在玻璃基板上粘贴薄型结晶硅半导体的构造，存在硬而且重、设置场所受限以及尺寸缺乏灵活性等课题。

不过，有机薄膜太阳能电池的能源转换效率只有结晶硅型太阳能电池的一半左右，是阻碍实用化的课题。目前的转换效率目标值为10％，此次理研等的研究小组实现了这一数值。

为了使有机薄膜太阳能电池的转换效率实现10％，对半导体聚合物及形成的发电层和元件的构造作了改进。

加厚了由输送正电荷（空穴）的半导体聚合物与输送负电荷（电子）的富勒烯衍生物混合形成的发电层。厚度由原来的约150nm增至2倍的300nm（n：1nm＝1/10亿m），使电流密度增大，由此转换效率由原来的约6％提高至8.5％。

并且，通过采用元件阳极和阴极对换配置的“逆构造元件”，将转换效率提高到了10％。

太阳能电池若发电层的厚度增加，光的吸收量会增加，电荷的生成量也随之增加。不过，半导体聚合物与硅等相比，空穴迁移率较低，因此空穴在到达电极之前就会与电子重新结合，很难形成电流，所以转换效率较低。

所以，此次采用了结晶性高空穴迁移率也高，即使加厚发电层，空穴也能到达电极的半导体聚合物，使问题得以改善。

用大型同步辐射设施“SPring-8”分析此次的有机薄膜太阳能电池发电层的构造时发现，在元件的上部电极和下部电极附近，半导体聚合物的分子配向不同，电荷的易流动性在元件上下方向也不同。

另外，此次的元件为了使由光吸收产生的电荷容易流动，配置了阳极和阴极，也为转换效率的提高做出了贡献。

今后，为实现实用化的目标值——15％的转换效率，将研究开发材料和元件的构造。