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包括起居室的墻壁、窗簾、擺設(shè)，以及汽車(chē)、電車(chē)在內(nèi)，人們身邊能照射到光線(xiàn)的所有地方都能生產(chǎn)電力——作為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)，使用有機(jī)半導(dǎo)體的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池備受關(guān)注。除了薄、輕、可彎曲等特點(diǎn)，有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池還有可能利用印刷等技術(shù)，像印制海報(bào)一樣制造。

不過(guò)，目前有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率還比較低，能夠利用印刷等方式制造的涂布型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率更低。提高轉(zhuǎn)換效率與利用印刷技術(shù)制造呈此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，很難兼顧。

然而，面對(duì)困難，仍然有研究組向這個(gè)難題發(fā)起了挑戰(zhàn)。日本理化學(xué)研究所的創(chuàng)發(fā)分子功能研究組就是其中之一。2013年，該研究組開(kāi)發(fā)出了轉(zhuǎn)換效率為8.2％的涂布型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。圍繞實(shí)現(xiàn)涂布型制造并兼顧高轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵，該研究組的高級(jí)研究員尾坂格接受了記者的采訪(fǎng)。

——您為何要研究只需涂布就能制作的太陽(yáng)能電池？

尾坂：我從事這項(xiàng)研究，是因?yàn)橄胍糜袡C(jī)電子制作出優(yōu)秀的產(chǎn)品，并希望以有機(jī)合成為基礎(chǔ)來(lái)制造。在我所在的研究組，瀧宮和男組長(zhǎng)和我從很早以前就在分別研究低分子材料和高分子材料。

其實(shí)，涂布型有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池使用的半導(dǎo)體高分子是由為有機(jī)晶體管開(kāi)發(fā)的材料派生而來(lái)。研究表明，在為有機(jī)晶體管開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體高分子的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的化合物衍生物可以用于太陽(yáng)能電池。

為了實(shí)現(xiàn)高性能有機(jī)晶體管，結(jié)晶性?xún)?yōu)良的有機(jī)半導(dǎo)體必不可少。為了利用聚合物達(dá)到這個(gè)目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了許多不同的分子結(jié)構(gòu)。在研究的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，在保持優(yōu)秀的結(jié)晶性的同時(shí)，還可以控制分子排列的方向（取向）。而且，采用某一種取向時(shí)，將其用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池可以提高性能。

——怎樣的取向適合太陽(yáng)能電池？
 
尾坂：就有機(jī)晶體管而言，以基板為水平面，載流子沿水平方向移動(dòng)的速度越快，性能越高。因?yàn)樵谶@樣的狀態(tài)下可以提高晶體管的開(kāi)關(guān)速度。換做有機(jī)太陽(yáng)能電池的話(huà)，以基板為水平面，載流子沿垂直方向移動(dòng)的速度越快，性能越高。因?yàn)樵谶@樣的狀態(tài)下，受光激發(fā)產(chǎn)生的載流子能夠快速地移動(dòng)到基板側(cè)的電極和半導(dǎo)體高分子膜上的電極。

無(wú)論是有機(jī)晶體管，還是有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，都是有機(jī)半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性越好，性能就越高。但二者提高載流子移動(dòng)性（載流子遷移率）的方向卻截然不同。半導(dǎo)體高分子的載流子遷移率取決于分子排列的方向（取向），在用于有機(jī)晶體管的時(shí)候，以基板為水平面，半導(dǎo)體高分子的取向要使載流子遷移率沿水平方向增大，而在用于有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池時(shí)，則要沿垂直方向增大。