日本理化學(xué)研究所于2015年9月24日宣布，開發(fā)出了耐熱性大幅提高的有機(jī)薄膜太陽能電池(OPV)。相關(guān)論文已刊登在學(xué)術(shù)雜志《Nature》的在線版“ScientificReports”上。

OPV比硅類太陽能電池等耐用性差，這是其遲遲得不到實(shí)用化的原因之一。雖然降低耐用性的紫外線、水及氧氣等因素可通過封裝材料等解決，但對(duì)于耐熱性卻沒有很好的處理方法。此次開發(fā)的技術(shù)大幅提高了耐熱性，有可能成為加快OPV實(shí)用化的重要一步。此次試制的OPV元件的能量轉(zhuǎn)換效率最高為9.0%，在研究所的試制實(shí)例中是比較高的。

(a)是此次開發(fā)的OPV元件的耐熱性試驗(yàn)結(jié)果。紅色折線為HTL采用氧化鎢(WOx)的元件，藍(lán)色折線為HTL采用MoOx的元件，黑色折線是原來的采用p型半導(dǎo)體材料的元件。(b)是元件構(gòu)造的概要。

開發(fā)出這項(xiàng)技術(shù)的是日本理化學(xué)研究所創(chuàng)發(fā)特性科學(xué)研究中心創(chuàng)發(fā)分子功能研發(fā)組高級(jí)研究員尾坂格等人。提高耐熱性的關(guān)鍵是作為p型半導(dǎo)體材料采用了新開發(fā)的高分子材料“PTzNTz(thiopheneandthiazolothiazole)”。

在500小時(shí)的耐熱性試驗(yàn)中沒有劣化

尾坂等人采用這種PTzNTz和n型半導(dǎo)體材料——富勒烯誘導(dǎo)體，作為活性層材料，試制出了OPV元件。為評(píng)估其耐熱性，將OPV元件放在攝氏85度的氮?dú)庵斜４媪?00個(gè)小時(shí)。

原來采用p型半導(dǎo)體材料的OPV元件在同樣的耐熱性評(píng)估中，能源效率會(huì)降至初期值的大約40%，而此次經(jīng)過500小時(shí)后，能源效率為初期值的大約90%，耐熱性大幅提高。另外，此次將OPV元件的正極與活性層之間的空穴運(yùn)輸層(HTL)的材料由鉬氧化物(MoOx)換成鎢氧化物(WOx)，進(jìn)行了相同的試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能源效率為8.3%，基本沒有降低。

這種OPV元件的能量轉(zhuǎn)換效率最高值為9.0%，此時(shí)的開路電壓(VOC)為0.84V，短路電流(JSC)為16.0mA，填充因子(FF)為0.67。