东丽用高分子材料制造"厚"有机太阳能电池,转换效率达到10.6%

26 09月 2013

2013-09-26 09:16

东丽2013年9月20日宣布，该公司的“聚合物有机薄膜太阳能电池”达到了全世界最高的10.6％的转换效率。当天，该公司在“第74届应用物理学会秋季学术演讲会”(2013年9月16日～20日)上公开了该电池的详细情况。

据东丽介绍，该太阳能电池在电子供体(相当于无机半导体的p型半导体)方面使用了自主开发的噻吩类高分子材料“Polymer-1”。另外，还使用C₇₀衍生物“PCBM₇₀”作为电子受体(相当于n型半导体)。Polymer-1的HOMO(最高占用分子轨道)能级为-5.1eV，带隙为1.58eV。载流子迁移率约为1.0×10^-2cm²/Vs，高于原来使用的电池供体材料。不过，“由于专利的关系”(东丽)，该公司并未公布Polymer-1的详细化学结构。

试制的聚合物有机薄膜太阳能电池

试制元件的各波长的外部量子效率(左)和输出功率特性(右)。

东丽使用该材料试制了元件面积为4mm²、活性层膜为130nm的有机薄膜太阳能电池，显示转换效率达到了9.4％。

东丽为了获得更高的光吸收率，还以相同的材料和相同的元件面积试制了活性层膜厚度为300nm的有机薄膜太阳能电池。结果发现，较短波长的光吸收率提高，转换效率上升到了10.6％。此时的短路电流密度为21.7mA/cm²，开路电压为0.762V，FF(Fill Factor，填充因子)为0.641。

拥有300nm厚度活性层膜的有机太阳能电池以前几乎没有过。这是因为，加厚有机材料的活性层膜后，一般很难从电极分别高效提取受光激发产生的电子和空穴。而此次“由于Polymer-1为高分子，而且作为高分子其载流子迁移率也很高，因此容易形成载流子移动至电极的路径，可以增加膜的厚度”(东丽)。另外东丽还表示，凭借这一点，除了可实现高效率之外，还有望实现不易发生由元件电极间的短路造成的泄漏，从而提高耐久性。