——涂布型有机太阳能电池使用的是什么样的半导体高分子?性能如何?
尾坂:是在Naphtho-dithiophene与Naphtho-bis-thiadiazole组成的半导体高分子Naphtho-dithiophene中加入了两个烷基的物质。加入烷基后,分子将“横躺”在基板上,载流子迁移率约为0.1cm2/Vs。
与最近发表的有机半导体相比,载流子迁移率看上去比较低,但这是为了使分子的取向适合有机薄膜太阳能电池,牺牲了一些载流子迁移率。另外,如果不加入烷基,载流子迁移率约为0.5cm2/Vs。没有烷基时,分子是竖立在基板上。我们可以通过调整烷基的有无,分别制作适合晶体管和适合太阳能电池的半导体高分子。
使用这种半导体高分子的有机薄膜太阳能电池的转换效率方面,不加入烷基时为5%,而加入烷基后,效率一举提高到了8.2%。这是2013年公开的数值,通过进一步优化,这一数字现在已经提高到了9%以上。
——企业对此有何反响?
尾坂:我们接到了不少关于“能否触摸”等咨询。我们希望自己开发的有机薄膜太阳能电池得到广泛采用,想要得到采用,就必须接受企业的测评,使任何企业在试用时都能获得再现性强的出色性能。我们会做好准备,对外提供自己开发的材料的样品。
——太阳能电池的主流是硅类,有机薄膜太阳能电池的用途有哪些?
尾坂:有机薄膜太阳能电池的特点是呈片状,薄而且能弯曲。按照开发有机薄膜太阳能电池的企业的设想,这种电池将用于现有硅类太阳能电池难以实现的用途,例如设置在墙面和曲面上、做成透明状与窗户融为一体、与卷帘一体化等等。我们研发的有机薄膜太阳能电池也能用于这些用途。
——请介绍一下用于有机晶体管的半导体高分子的开发情况。
尾坂:现在,载流子迁移率超过1cm2/Vs的半导体高分子已经开始出现。与过去的10-3cm2/Vs左右相比,迁移率大大提高。我参与的日本科学技术振兴机构(JST)的研究项目提出的目标,是要稳定实现2~3cm2/Vs的载流子迁移率。该项目瞄准的方向是利用有机晶体管驱动有机EL,这需要2~3cm2/Vs的载流子迁移率。
即使材料的载流子迁移率高,受晶体管制造工艺的影响,制成的晶体管的载流子迁移率也会有所下降。因此,除了调整分子结构等材料方面的开发之外,改进半导体高分子膜与材料接触的界面等努力同样必不可少。
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