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要像印制海報一樣“印刷”太陽能電池——能實現這一理想的是一種“涂布型”有機薄膜太陽能電池，日本理化學研究所創(chuàng)發(fā)分子功能研究組正在進行相關研發(fā)。但這種太陽能電池很難提高將光轉化成電的轉換效率，為解決這一問題，該研究組開發(fā)出了能夠控制分子排列（配向）的半導體高分子材料。這次，該研究組的高級研究員尾坂格接受采訪，介紹了所開發(fā)的半導體高分子的特點以及全球有機薄膜太陽能電池開發(fā)狀況等信息。

——在有機薄膜太陽能電池上使用半導體高分子有什么好處？

尾坂：好處有好幾個。首先，因為使用溶液制作涂布型元件很容易，因此能夠簡化印刷等制造工藝。使用低分子型有機半導體也能制作涂布型元件，但半導體高分子用于涂布型元件更容易。并且，使用半導體高分子制造的有機薄膜太陽能電池的耐熱性更高。

而且，使用半導體高分子的話，在有機薄膜太陽能電池內受光激發(fā)產生的載流子更容易被電極提取。我們研發(fā)的有機薄膜太陽能電池采用的是“體異質結（Bulk Heterojunction）”結構，p型半導體采用我們開發(fā)的半導體高分子，n型半導體采用富勒烯材料，使二者相互滲透。p型半導體使用的材料分子越大，越容易形成載流子遷移的網絡，載流子越不容易被封閉，因此轉換效率就越容易提高。

——能夠控制半導體高分子配向的現象是偶然發(fā)現的嗎？

尾坂：我們把用于有機薄膜太陽能電池、使半導體高分子相對于基板橫向層疊的排列方法稱作“face-on（面朝上）”，而把用于有機晶體管、使半導體高分子縱向鋪在基板上的配置方法稱作“edge-on（邊朝上）”。雖然現在可以分別制作出face-on和edge-on結構，不過最初卻經歷了多次失敗。

我們并沒有盲目開發(fā)材料。我們在以前用半導體高分子的幾種材料進行研究的過程中，發(fā)現了“如果這樣做的話，配向會變成這樣”的現象，從而最終找出了半導體高分子的配向規(guī)律。這個規(guī)律并不是通過數值計算導出的，而是憑經驗找到的。為了做成face-on而引入烷基也是基于經驗。

——由Naphtho-dithiophene與Naphtho-bis-thiadiazole組成的半導體高分子在結晶時，分子呈edge-on排列，在該分子內的Naphtho-dithiophene中引入兩個烷基，就會變成face-on。為什么會這樣呢？

尾坂：結晶性越高的半導體高分子，越容易變成edge-on結構。這是因為，半導體高分子極力排斥與異質的基板接觸，而半導體高分子分子之間卻有著相互接觸的傾向。引入烷基后，會阻礙分子的結晶化運動。

我們認為，在烷基作用下，分子間的相互作用減弱，排斥基板的力也會減弱。適當選擇半導體高分子中引入的烷基的位置和密度，可以在不太影響高結晶性的同時改變配向。