東麗2013年9月20日宣布,該公司的“聚合物有機薄膜太陽能電池”達到了全世界最高的10.6%的轉換效率。當天,該公司在“第74屆應用物理學會秋季學術演講會”(2013年9月16日~20日)上公開了該電池的詳細情況。
據東麗介紹,該太陽能電池在電子供體(相當于無機半導體的p型半導體)方面使用了自主開發的噻吩類高分子材料“Polymer-1”。另外,還使用C70衍生物“PCBM70”作為電子受體(相當于n型半導體)。Polymer-1的HOMO(最高占用分子軌道)能級為-5.1eV,帶隙為1.58eV。載流子遷移率約為1.0×10-2cm2/Vs,高于原來使用的電池供體材料。不過,“由于專利的關系”(東麗),該公司并未公布Polymer-1的詳細化學結構。
東麗使用該材料試制了元件面積為4mm2、活性層膜為130nm的有機薄膜太陽能電池,顯示轉換效率達到了9.4%。
東麗為了獲得更高的光吸收率,還以相同的材料和相同的元件面積試制了活性層膜厚度為300nm的有機薄膜太陽能電池。結果發現,較短波長的光吸收率提高,轉換效率上升到了10.6%。此時的短路電流密度為21.7mA/cm2,開路電壓為0.762V,FF(Fill Factor,填充因子)為0.641。
擁有300nm厚度活性層膜的有機太陽能電池以前幾乎沒有過。這是因為,加厚有機材料的活性層膜后,一般很難從電極分別高效提取受光激發產生的電子和空穴。而此次“由于Polymer-1為高分子,而且作為高分子其載流子遷移率也很高,因此容易形成載流子移動至電極的路徑,可以增加膜的厚度”(東麗)。另外東麗還表示,憑借這一點,除了可實現高效率之外,還有望實現不易發生由元件電極間的短路造成的泄漏,從而提高耐久性。 (記者:野澤 哲生)
據東麗介紹,該太陽能電池在電子供體(相當于無機半導體的p型半導體)方面使用了自主開發的噻吩類高分子材料“Polymer-1”。另外,還使用C70衍生物“PCBM70”作為電子受體(相當于n型半導體)。Polymer-1的HOMO(最高占用分子軌道)能級為-5.1eV,帶隙為1.58eV。載流子遷移率約為1.0×10-2cm2/Vs,高于原來使用的電池供體材料。不過,“由于專利的關系”(東麗),該公司并未公布Polymer-1的詳細化學結構。
試制的聚合物有機薄膜太陽能電池 | 試制元件的各波長的外部量子效率(左)和輸出功率特性(右)。 |
東麗使用該材料試制了元件面積為4mm2、活性層膜為130nm的有機薄膜太陽能電池,顯示轉換效率達到了9.4%。
東麗為了獲得更高的光吸收率,還以相同的材料和相同的元件面積試制了活性層膜厚度為300nm的有機薄膜太陽能電池。結果發現,較短波長的光吸收率提高,轉換效率上升到了10.6%。此時的短路電流密度為21.7mA/cm2,開路電壓為0.762V,FF(Fill Factor,填充因子)為0.641。
擁有300nm厚度活性層膜的有機太陽能電池以前幾乎沒有過。這是因為,加厚有機材料的活性層膜后,一般很難從電極分別高效提取受光激發產生的電子和空穴。而此次“由于Polymer-1為高分子,而且作為高分子其載流子遷移率也很高,因此容易形成載流子移動至電極的路徑,可以增加膜的厚度”(東麗)。另外東麗還表示,憑借這一點,除了可實現高效率之外,還有望實現不易發生由元件電極間的短路造成的泄漏,從而提高耐久性。 (記者:野澤 哲生)