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包括起居室的墻壁、窗簾、擺設(shè)，以及汽車、電車在內(nèi)，人們身邊能照射到光線的所有地方都能生產(chǎn)電力——作為實現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)，使用有機半導(dǎo)體的有機薄膜太陽能電池備受關(guān)注。除了薄、輕、可彎曲等特點，有機薄膜太陽能電池還有可能利用印刷等技術(shù)，像印制海報一樣制造。

不過，目前有機薄膜太陽能電池的光電轉(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薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率更低。提高轉(zhuǎn)換效率與利用印刷技術(shù)制造呈此消彼長的關(guān)系，很難兼顧。

然而，面對困難，仍然有研究組向這個難題發(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，該研究組開發(fā)出了轉(zhuǎn)換效率為8.2％的涂布型有機薄膜太陽能電池。圍繞實現(xiàn)涂布型制造并兼顧高轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵，該研究組的高級研究員尾坂格接受了記者的采訪。

——您為何要研究只需涂布就能制作的太陽能電池？

尾坂：我從事這項研究，是因為想要利用有機電子制作出優(yōu)秀的產(chǎn)品，并希望以有機合成為基礎(chǔ)來制造。在我所在的研究組，瀧宮和男組長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，涂布型有機薄膜太陽能電池使用的半導(dǎo)體高分子是由為有機晶體管開發(fā)的材料派生而來。研究表明，在為有機晶體管開發(fā)半導(dǎo)體高分子的過程中發(fā)現(xiàn)的化合物衍生物可以用于太陽能電池。

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

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

無論是有機晶體管，還是有機薄膜太陽能電池，都是有機半導(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），在用于有機晶體管的時候，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，而在用于有機薄膜太陽能電池時，則要沿垂直方向增大。