日本製作出高耐熱高效率超薄有機光伏電池

日本理化學研究所（以下簡稱理研）創發特性科學研究中心創發軟體系統研究小組專任研究員福田憲二郎和組長染谷隆夫，與東麗株式會社的主任研究員北澤大輔等人組成的國際共同研發小組，成功開發出了兼具耐熱性和高能源轉換效率 （太陽能轉換成電能的效率） 的 「超薄型有機光伏電池」。

這項研究成果有望在衣服粘貼式電源的應用方面做出巨大貢獻。

＜研究方法和成果＞

此次國際共同研發小組成功製作出了一種新型有機光伏電池，厚度極薄，從電路板到封裝膜的整體厚度總計只有3μｍ（微米，1微米為千分之一毫米），同時具備非常高的能源轉換效率、耐熱性和大氣穩定性。該光伏電池的最大能源轉換效率達到了10％，而且，電池的耐熱性非常高，即使加熱到100℃，元件的劣化程度也小到可以忽略不計。另外，在大氣環境中放置80天後的性能劣化程度可控制在20％以下。由於具備如此高的效率和穩定性，所以可以利用 「熱熔法」 將這種光伏電池直接熨貼到衣服上（圖1）。

這項研究成果的關鍵是開發出了兼具高能源轉換效率和高耐熱性的新型半導體聚合物。研究人員合成了兼具耐熱性和高能源轉換效率的新型半導體聚合物 「PBDTTT-OFT」，其結構與目前廣泛用作有機光伏電池材料的 「PBDTTT-EFT」 （或PTB7-Th） 相似，但與 PBDTTT-EFT 相比，新材料擁有直線狀側鏈（圖2）。研究人員發現，這種結構能形成具備高結晶性的膜，加熱導致的導電性降低程度比原來的PBDTTT-EFT小。

除新型半導體聚合物外，研究人員還改良了超薄電路板的材料和封裝膜。電路板採用透明聚醯亞胺，與以前採用的超薄電路板聚對二甲苯相比，表面平坦性和耐熱性更為出色，由此實現了比以前的超薄型有機光伏電池更高的能源轉換效率和耐熱性。另外，封裝膜採用由拒液性出色的聚合物和氣體阻隔性出色的聚合物構成的雙層結構（雙層封裝膜），由此大幅改善了大氣穩定性。

＜參考圖＞

圖1：利用熱熔法粘貼在布上的超薄型有機光伏電池的照片

圖2：新型半導體聚合物 「PBDTTT-OFT」 與以往材料 「PBDTTT-EFT」

新型半導體聚合物的一大優點是具備直線狀側鏈（紅框內），由此實現了高結晶性和高耐熱性。

文 客觀日本編輯部

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