東麗開(kāi)發(fā)出了可在有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池上實(shí)現(xiàn)5.5％轉(zhuǎn)換效率的p型（供體）有機(jī)半導(dǎo)體材料。此次p型有機(jī)半導(dǎo)體材料的亮點(diǎn)在于，通過(guò)在分子設(shè)計(jì)及合成方面下工夫，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)目標(biāo)。一是通過(guò)擴(kuò)大與n型（受體）有機(jī)半導(dǎo)體材料之間的能級(jí)（空間電位）差，實(shí)現(xiàn)了約1V的較高開(kāi)路電壓。二是通過(guò)涂覆與n型半導(dǎo)體材料的分散混合液形成pn結(jié)時(shí)，能夠擴(kuò)大單位體積中pn結(jié)界面的表面積（圖1）。

　　之所以擴(kuò)大p型及n型材料的能級(jí)差，是為了得到較高的開(kāi)路電壓。此次的p型有機(jī)半導(dǎo)體材料是在已有的噻吩（Thiophene）類(lèi)材料上通過(guò)重組分子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。

　　在有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中，通過(guò)光吸收形成的激子（電子與空穴成對(duì)存在的分子激發(fā)狀態(tài)）在pn結(jié)的界面上擴(kuò)散，由于pn結(jié)界面的能級(jí)不同，使得電子與空穴發(fā)生分離（圖2）。在一般狀態(tài)下，激子不會(huì)分離出電子及空穴。形成p型及n型材料的異種分子間能級(jí)差異越大，則越容易分離（圖3）。

　　之所以擴(kuò)大單位體積的pn結(jié)界面的表面積，是為了縮短激子的擴(kuò)散距離。pn結(jié)的界面增大，通過(guò)光照射在p型有機(jī)半導(dǎo)體中激發(fā)的激子，能夠立即到達(dá)n型半導(dǎo)體材料。

　　此次的p型有機(jī)半導(dǎo)體材料通過(guò)增加附屬置換基，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了較高的結(jié)晶性能、以及與n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶解性。由此更為理想地實(shí)現(xiàn)了通過(guò)n型及p型有機(jī)半導(dǎo)體材料的混合、擴(kuò)大pn結(jié)表面積的“本體異質(zhì)（Bulk Heterojunction）”結(jié)構(gòu)。

　　東麗采用此次的n型半導(dǎo)體材料試制成功的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池（圖4）的數(shù)據(jù)如下。在采用模擬陽(yáng)光的測(cè)定中，元件面積為0.25cm2時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為5.52％，短路電流為9.72mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.99V，曲線因數(shù)為0.574。元件面積為0.04cm2時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為6.0％，短路電流為10.58mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.99V，曲線因數(shù)為0.573。而在采用白色光的測(cè)定中，元件面積為0.25cm2時(shí)，轉(zhuǎn)換效率為10.8％，短路電流為22.16mA/cm2，開(kāi)路電壓為1.02V，曲線因數(shù)為0.477。

 　　與此相比，作為由國(guó)際性評(píng)估機(jī)構(gòu)測(cè)定的有機(jī)薄膜型太陽(yáng)能電池的特性，美國(guó)Konarka Technologies發(fā)布的轉(zhuǎn)換效率5.15％是迄今為止的全球最高的效率值。不過(guò)，Konarka的數(shù)據(jù)是在元件面積大得多的1cm2條件下的測(cè)定值。如果東麗要強(qiáng)調(diào)已經(jīng)超過(guò)該數(shù)值，就有必要公布在相同面積下測(cè)定的數(shù)據(jù)。（記者：加藤 伸一）