用半导体高分子挑战“涂布型”太阳能电池

　　包括起居室的墙壁、窗帘、摆设，以及汽车、电车在内，人们身边能照射到光线的所有地方都能生产电力——作为实现这一目标的技术，使用有机半导体的有机薄膜太阳能电池备受关注。除了薄、轻、可弯曲等特点，有机薄膜太阳能电池还有可能利用印刷等技术，像印制海报一样制造。

　　不过，目前有机薄膜太阳能电池的光电转换效率还比较低，能够利用印刷等方式制造的涂布型有机薄膜太阳能电池的转换效率更低。提高转换效率与利用印刷技术制造呈此消彼长的关系，很难兼顾。

　　然而，面对困难，仍然有研究组向这个难题发起了挑战。日本理化学研究所的创发分子功能研究组就是其中之一。2013年，该研究组开发出了转换效率为8.2％的涂布型有机薄膜太阳能电池。围绕实现涂布型制造并兼顾高转换效率的关键，该研究组的高级研究员尾坂格接受了记者的采访。（采访人：大久保 聪，日经BP半导体调查，野泽哲生，《日经电子》）

　　——您为何要研究只需涂布就能制作的太阳能电池？

　　尾坂：我从事这项研究，是因为想要利用有机电子制作出优秀的产品，并希望以有机合成为基础来制造。在我所在的研究组，泷宫和男组长和我从很早以前就在分别研究低分子材料和高分子材料。

　　其实，涂布型有机薄膜太阳能电池使用的半导体高分子是由为有机晶体管开发的材料派生而来。研究表明，在为有机晶体管开发半导体高分子的过程中发现的化合物衍生物可以用于太阳能电池。

　　为了实现高性能有机晶体管，结晶性优良的有机半导体必不可少。为了利用聚合物达到这个目的，我们设计了许多不同的分子结构。在研究的过程中，我们发现，在保持优秀的结晶性的同时，还可以控制分子排列的方向（取向）。而且，采用某一种取向时，将其用于有机薄膜太阳能电池可以提高性能。

　　——怎样的取向适合太阳能电池？

　　尾坂：就有机晶体管而言，以基板为水平面，载流子沿水平方向移动的速度越快，性能越高。因为在这样的状态下可以提高晶体管的开关速度。换做有机太阳能电池的话，以基板为水平面，载流子沿垂直方向移动的速度越快，性能越高。因为在这样的状态下，受光激发产生的载流子能够快速地移动到基板侧的电极和半导体高分子膜上的电极。

　　无论是有机晶体管，还是有机薄膜太阳能电池，都是有机半导体膜的结晶性越好，性能就越高。但二者提高载流子移动性（载流子迁移率）的方向却截然不同。半导体高分子的载流子迁移率取决于分子排列的方向（取向），在用于有机晶体管的时候，以基板为水平面，半导体高分子的取向要使载流子迁移率沿水平方向增大，而在用于有机薄膜太阳能电池时，则要沿垂直方向增大。