耐热性大幅提高的有机薄膜太阳能电池

随着社会的进步，科技的发展，人们对能源的需求越来越大，而现有的能源有限，需要人们不断发展新能源，而光能就是一个不错的选择，人们开始大力发展太阳能发电。日本理化学研究所于2015年9月24日宣布，开发出了耐热性大幅提高的有机薄膜太阳能电池(OPV)。相关论文已刊登在学术杂志《Nature》的在线版“ScientificReports”上。

OPV比硅类太阳能电池等耐用性差，这是其迟迟得不到实用化的原因之一。虽然降低耐用性的紫外线、水及氧气等因素可通过封装材料等解决，但对于耐热性却没有很好的处理方法。此次开发的技术大幅提高了耐热性，有可能成为加快OPV实用化的重要一步。此次试制的OPV元件的能量转换效率最高为9.0%，在研究所的试制实例中是比较高的。

(a)是此次开发的OPV元件的耐热性试验结果。红色折线为HTL采用氧化钨(WOx)的元件，蓝色折线为HTL采用MoOx的元件，黑色折线是原来的采用p型半导体材料的元件。(b)是元件构造的概要。

开发出这项技术的是日本理化学研究所创发特性科学研究中心创发分子功能研发组高级研究员尾坂格等人。提高耐热性的关键是作为p型半导体材料采用了新开发的高分子材料“PTzNTz(thiophene and thiazolothiazole)”。

在500小时的耐热性试验中没有劣化

尾坂等人采用这种PTzNTz和n型半导体材料——富勒烯诱导体，作为活性层材料，试制出了OPV元件。为评估其耐热性，将OPV元件放在摄氏85度的氮气中保存了500个小时。

原来采用p型半导体材料的OPV元件在同样的耐热性评估中，能源效率会降至初期值的大约40%，而此次经过500小时后，能源效率为初期值的大约90%，耐热性大幅提高。另外，此次将OPV元件的正极与活性层之间的空穴运输层(HTL)的材料由钼氧化物(MoOx)换成钨氧化物(WOx)，进行了相同的试验，结果发现能源效率为8.3%，基本没有降低。

这种OPV元件的能量转换效率最高值为9.0%，此时的开路电压(VOC)为0.84V，短路电流(JSC)为16.0mA，填充因子(FF)为0.67。目前太阳能还未能更好被人类利用，需要科研人员不断努力，研究出更高效地产品，这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。