什么是有機(jī)薄膜太陽能電池？

有機(jī)薄膜太陽能電池為使用有機(jī)半導(dǎo)體的p-n接合型太陽能電池。使用n型和p型的有機(jī)半導(dǎo)體，利用光照射p-n接合帶隙產(chǎn)生電位差。與利用碘的氧化還原反應(yīng)現(xiàn)象不同，色素增感型太陽能電池的原理與硅類太陽能電池相似。特點(diǎn)是材料和制造的成本較低，使用塑料底板就能制成柔性太陽能電池等。

有機(jī)薄膜太陽能電池使用的有機(jī)半導(dǎo)體既有高分子類又有低分子類，制膜方法有蒸鍍法和涂布法。其中，可行性最高的是使用高分子有機(jī)半導(dǎo)體的涂布法。硅半導(dǎo)體可以使用蒸鍍法，但成本較高且工藝時(shí)間較長(zhǎng)。涂布法可采用卷對(duì)卷等大量生產(chǎn)方式，有利于降低成本和縮短加工時(shí)間。

日本國(guó)內(nèi)的研究也非常活躍

瞄準(zhǔn)這些優(yōu)點(diǎn)，近年使用涂布型高分子有機(jī)半導(dǎo)體的有機(jī)薄膜太陽能電池的研發(fā)愈發(fā)活躍。此前，海外是此類研究的中心，而最近2～3年，日本國(guó)內(nèi)也進(jìn)入了研究的鼎盛期。比如，日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所已經(jīng)宣布，試制出了使用高分子有機(jī)半導(dǎo)體的有機(jī)薄膜太陽能電池，能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.8％。

另外，三菱化學(xué)與“ERATO Nakamura Functional Carbon Cluster Project”共同開發(fā)出了用四苯卟啉作p型有機(jī)半導(dǎo)體、用富勒烯誘導(dǎo)體作N型半導(dǎo)體的涂布轉(zhuǎn)換型有機(jī)薄膜太陽能電池。四苯卟啉的前驅(qū)體可以溶于溶劑制成墨水，涂布后加熱可轉(zhuǎn)換成具有半導(dǎo)體特性的結(jié)構(gòu)。通過使用四苯卟啉前驅(qū)體和富勒烯誘導(dǎo)體，制成了不同于低分子蒸鍍和高分子涂布的全球首款涂布轉(zhuǎn)換型有機(jī)薄膜太陽能電池。

提高轉(zhuǎn)換效率的研究成果不斷涌現(xiàn)

世界各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)一直在積極致力于提高有機(jī)薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的研究實(shí)驗(yàn)。2007年7月，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)在科學(xué)雜志《Science》上發(fā)表了“單元轉(zhuǎn)換效率全球最高達(dá)6.5％”的文章。日本的住友化學(xué)也于2009年2月宣布，該公司的有機(jī)薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了6.5％。

東麗在2009年3月舉行的春季應(yīng)用物理學(xué)相關(guān)聯(lián)合演講會(huì)上發(fā)布了轉(zhuǎn)換效率達(dá)5.5％的研究成果。提高轉(zhuǎn)換率的關(guān)鍵在于，施主材料通過在聚合物骨架中導(dǎo)入提高其與受主（Acceptor）材料之間能隙的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了約1V的高開放電壓，另外，還導(dǎo)入可形成最佳發(fā)電層結(jié)構(gòu)的取代基，兼顧了短路電流和電壓的高水平。以期2015年前后使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到7％。

美國(guó)開始量產(chǎn)

目前美國(guó)已經(jīng)開始了量產(chǎn)。美國(guó)科納卡技術(shù)（Konarka Technologies）于2008年開始量產(chǎn)使用100μm薄的薄膜底板的有機(jī)薄膜太陽能電池模塊“Power Plastic”。采用卷對(duì)卷及噴墨印刷技術(shù)制造。該公司不單獨(dú)銷售太陽能電池模塊，而是計(jì)劃與應(yīng)用產(chǎn)品捆綁銷售。轉(zhuǎn)換效率方面，目前的單元轉(zhuǎn)換效率僅為4～5％，“預(yù)計(jì)不久的將來將達(dá)到7％。目標(biāo)是幾年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)10％”。

該公司在2009年2月于日本舉行的“PV EXPO 2009 第2屆國(guó)際太陽能電池展”上展出了用卷對(duì)卷制造的多款有機(jī)薄膜太陽能電池模塊。并展示了利用柔軟特性貼在公文包上、用作電子紙電源的試制品。