可涂布制造的太阳能电池

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三菱化学2011年4月宣布，在有望成为“新一代太阳能电池”的“有机薄膜太阳能电池”领域，实现了世界最高的9.2％能源转换效率。三菱化学的有机薄膜太阳能电池的特点是，可利用印刷技术进行高效生产。不久的将来，也许房间的壁纸、窗帘、汽车车身以及衣服等都能实现太阳能发电。

“在不久的将来，除了房顶外，或许还能利用房子的墙壁、房间的壁纸、窗帘、汽车的车身以及衣服等多种物品进行太阳能发电”。

说这番话的是三菱化学的执行董事、OPV（有机薄膜太阳能电池）业务推进室长星岛时太郎。

能源转换效率达到9.2％

经历了福岛第一核电站的事故，人们对自然能源、尤其是对太阳能发电的期待越来越高。在这一背景下，三菱化学于2011年4月宣布，作为有望成为“新一代太阳能电池”的、该公司的“有机薄膜太阳能电池”的能源转换效率达到了世界最高值——9.2％。

星岛介绍说，“这一效率还被美国《科学》杂志进行了介绍。将迄今为止8％出头的最高值一举提高了1％，海外的研究人员们也为之大吃一惊”。

目前，设置在家中房顶等处的太阳能面板大多为无机类“结晶硅太阳能电池”。这类电池价格昂贵，因此迟迟未能普及开来。价格昂贵的主要原因在于原料使用了高纯度硅。而且，日本全部依赖从中国进口，还存在资源风险的问题。

因此，需要开发采用低价格和低资源风险原料的新一代太阳能电池。最佳候选就是日本目前正在快速推进开发的有机类太阳能电池。

薄型、轻量、可弯曲

有机类太阳能电池物如其名，是以碳等有机物为材料的太阳能电池。目前大致可分为“色素增感型太阳能电池”和“有机薄膜太阳能电池”两种。 三菱化学研究开发的是后者。有机薄膜太阳能电池采用易于采购的原料，与以往的结晶硅太阳能电池相比，可大幅降低生产成本。另外，还具备薄型、轻量、可弯曲等特点，应用范围广泛，能够加工成多种形状。

有机类太阳能电池性能提高的关键在于其有机物等主要原料。为此，近年来，为了将公司长年积累的材料相关知识和技术用于太阳能电池，住友化学、三井化学、东丽以及东洋纺等材料厂商纷纷涉足该市场。三菱化学也是其中之一。

此前有机类太阳能电池存在的课题是，能源转换效率只有5％左右，产品寿命短。因此，为进一步提高能源转换效率和产品寿命，众多企业和研究机构展开了激烈竞争。在这种情况下，三菱化学发布了“能源转换效率达到9.2％”的试制品。

星岛称，“如果能源转换效率能达到10％，就可以决定实用化了。此次的成功让我们看到了在2012年实用化的希望”。

另外，星岛还补充道，“不过，本公司的有机薄膜太阳能电池的真正价值并不在于能源转换效率高，而在于可采用印刷技术的制造方法”。

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可印刷在薄膜基板上进行制造

此前，有机薄膜太阳能电池的制造方法一般采用“真空蒸镀法”。真空蒸镀法需要大型制造装置，因此存在生产成本高，而且难以实现大面积化的缺点。

而三菱化学开发的产品可印刷在薄膜基板等上简单制造。因此，采用相对较小的制造装置即可，还能进行大量生产，可轻松实现大面积化。

所以，“利用房间的壁纸和窗帘发电”等便有望成为现实。

使采用印刷技术的制造方法成为现实的，是该公司开发的有机半导体材料。

有机薄膜太阳能电池需要两种有机半导体材料。一种是照射光后会释放出电子的“p型有机半导体”。另一种是，获取电子后传输给电极的“n型有机半导体”。

连续涂布（卷对卷）制膜工艺的介绍

三菱化学开发的有机薄膜太阳能电池在p型有机半导体中采用了名为“四苯并卟啉（Tetrabenzoporphyrin）”的有机物，在n型有机半导体中采用了“富勒烯（Fullerene）衍生物”。富勒烯衍生物是在由60个碳原子构成的足球状分子富勒烯上携带有机分子的化合物。

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利用与“有机EL”相反的物理现象

四苯并卟啉是在2006年由当时还是三菱化学公司与爱媛大学理学部名誉教授小野升作为有机EL和电子纸的驱动用薄膜晶体管材料而开发的。这种材料的特性正好与有机薄膜太阳能电池的条件吻合，因此开始应用于太阳能电池。顺便一提，有机薄膜太阳能电池利用的是与通电后发光的“有机EL”材料正好相反的物理现象。

其中，三菱化学注意到了四苯并卟啉拥有的两个特性。一个是，虽然不溶于有机溶剂，但其上一阶段的物质“前驱体”溶于有机溶剂。另一个是，为前驱体加热后，在约180度时会形成结晶，之后形成的四苯并卟啉薄膜具有良好的半导体特性，平面性也非常出色。

将四苯并卟啉的前驱体溶于有机溶剂使之变成油墨，然后将其涂布到薄膜基板上进行加热，就能轻松制造出有机薄膜太阳能电池了……。

为此，三菱化学开发团队与东京大学研究生院理学系研究科教授中村荣一等合作，正式开始了有机薄膜太阳能电池的研究开发。

将四苯并卟啉的前驱体加热至150～180度会显示半导体特性

在共同研究中，东京大学为了高效获取四苯并卟啉释放出的电子，新开发出了富勒烯衍生物。

就这样，2007年，三菱化学和东京大学共同采用在薄膜基板上涂布四苯并卟啉低分子有机半导体材料后进行加热的方法，全球首次成功制造出了有机薄膜太阳能电池。

开发成功后，三菱化学于2008年4月将有机薄膜太阳能电池定位为公司的“7大扶植业务”之一。之后，开始全面致力于有机薄膜太阳能电池的实用化进程。

从2009年4月起，三菱化学在东京大学研究生院理学系研究科的协助下，开设了为期3年的社会合作讲座“光电转换化学讲座”。通过改良有机半导体材料和改进光学设计，稳步提高了能源转换效率。2011年4月，实现了9.2％的能源转换效率。

星岛自信地表示，“作为提高有机薄膜太阳能电池性能的计划，本公司制定了使能源转换效率在2010年达到10％、2015年达到15％、2020年达到20％以上的目标。目前基本在按计划推进”。

2012年实现实用化

今后，三菱化学计划进一步提高四苯并卟啉的制造技术，以吸收更大波长范围的光，从而进一步提高能源转换效率。另外，还将改良富勒烯衍生物、开发元件技术、确立采用在薄膜基板上涂布有机半导体材料后加热的“连续涂布（卷对卷）制膜工艺”的制造方法、扩充制造工厂等，力争2012年实现实用化。产品寿命目前为10年以上，完全可以实现实用化。

另外，星岛表示，“先于其他公司尽早开拓新一代太阳能电池市场也是本公司的一大课题。为此，目前我们还在致力于非晶硅太阳能电池的产品开发”。

非晶硅太阳能电池是与有机薄膜太阳能电池同属薄膜型的太阳能电池。二者可共用部分生产线，而且市场也相同。因此，三菱化学计划将目前大力拓展的非晶硅太阳能电池作为开拓有机薄膜太阳能电池市场的踏板。（日经BP社特约撰稿人：山田久美，本文由Nikkei Business Online特别提供）