科学研究 - 日本制作出高耐热高效率超薄有机光伏电池

日本理化学研究所（以下简称理研）创发特性科学研究中心创发软件系统研究小组专任研究员福田宪二郎和组长染谷隆夫，与东丽株式会社的主任研究员北泽大辅等人组成的国际共同研发小组，成功开发出了兼具耐热性和高能源转换效率（太阳能转换成电能的效率）的“超薄型有机光伏电池”。

这项研究成果有望在衣服粘贴式电源的应用方面做出巨大贡献。

＜研究方法和成果＞

此次国际共同研发小组成功制作出了一种新型有机光伏电池，厚度极薄，从电路板到封装膜的整体厚度总计只有3μｍ（微米，1微米为千分之一毫米），同时具备非常高的能源转换效率、耐热性和大气稳定性。该光伏电池的最大能源转换效率达到了10％，而且，电池的耐热性非常高，即使加热到100℃，元件的劣化程度也小到可以忽略不计。另外，在大气环境中放置80天后的性能劣化程度可控制在20％以下。由于具备如此高的效率和稳定性，所以可以利用“热熔法”将这种光伏电池直接熨贴到衣服上（图1）。

这项研究成果的关键是开发出了兼具高能源转换效率和高耐热性的新型半导体聚合物。研究人员合成了兼具耐热性和高能源转换效率的新型半导体聚合物“PBDTTT-OFT”，其结构与目前广泛用作有机光伏电池材料的“PBDTTT-EFT”（或PTB7-Th）相似，但与PBDTTT-EFT相比，新材料拥有直线状侧链（图2）。研究人员发现，这种结构能形成具备高结晶性的膜，加热导致的导电性降低程度比原来的PBDTTT-EFT小。

除新型半导体聚合物外，研究人员还改良了超薄电路板的材料和封装膜。电路板采用透明聚酰亚胺，与以前采用的超薄电路板聚对二甲苯相比，表面平坦性和耐热性更为出色，由此实现了比以前的超薄型有机光伏电池更高的能源转换效率和耐热性。另外，封装膜采用由拒液性出色的聚合物和气体阻隔性出色的聚合物构成的双层结构（双层封装膜），由此大幅改善了大气稳定性。