日本產業技術綜合研究所（簡稱產綜研）于2014年5月8日宣布，研究員宮寺哲彥等人組成的研究小組利用晶體生長技術，將有機薄膜太陽能電池的光電轉換效率由此前的1.85％提高了1倍多，達到4.15％。

有機薄膜太陽能電池的主流結構是將搬運正電荷的施主材料和搬運負電荷的受主材料組合在一起的“Bulk Heterojunction”（體異質結）結構。不過，這種方式的結晶結構控制較難，此前一直是將兩種材料隨機混合在一起。此次產綜研之所以能夠提高光電轉換效率，是因為開發出了可以將施主材料和受主材料完美分離并層積起來的晶體生長技術，實現了電荷路徑連接至電極的結構（圖1）。

研究小組利用此前制作體異質結時使用的共蒸發法（在真空中使兩種材料同時升華、蒸發的方法）這種簡單的成膜法，成功制作出了被稱作“異質外延”（Heteroepitaxy）、兩種材料各自的結晶方向保持一致的有機薄膜。名為BP2T（Biphenyl Bithiophene）的材料作為異質外延的“模板（Template）層”，在其上使施主材料酞菁鋅（Zinc Phthalocyanine，ZnPc）和受主材料富勒烯（C60）共蒸發。將自組織性較強的BP2T形成的高結晶性模板層作為底層，由此提高了在其上生長的施主層和受主層的結晶規則性（圖2）。

此次成功地實現了此前用共蒸發法難以完成的體異質結結構控制，有望加快有機薄膜太陽能電池的高效率化進程。（記者：中西 清隆，日經BP清潔技術研究所）


圖1：有機薄膜太陽能電池的發電層。左側是原來的隨機結構，右側是此次實現的理想結構（出處：日本產業技術綜合研究所）




圖2：此次開發出的制作流程（出處：日本產業技術綜合研究所）