主题：【原创】有机太阳能：中国发展的的一个战略选择（之一） -- 井底望天

九

本来这个太阳能系列，主要的目的是对业外人士，进行科普，希望可以让中国各个省市的经济开发区的头头们看到，把有机太阳能作为一个主要的扶持选项。不过有业内人士出来抗议，说俺写得不清不楚，误导了现在刚入行的小弟弟和小妹妹们，这里就只好对有机太阳能技术，给予更为清晰的介绍。

有机太阳能，现在来讲，主要是从材料上来区分，可以说是两条道路：一条是高分子，一条是小分子。

图一 高分子有机材料

高分子有什么好处呢？就是可以溶解于普通的溶液里。不要小看了这个好处，你生产硅晶体电池和无机薄膜电池，可是要一大套复杂和成本昂贵的生产设备和工艺。而这个高分子溶液，你可以向给你自己的家里油漆房子那样，用涂抹法，用喷射法，或者用滚筒发，就可以生产了。这也是为啥，这个电池的成本可以大幅度降下来的原因。

但是高分子材料的缺点也不小，就是分散度高，不容易提纯，吸光率较低。

不容易合成是因为材料导电的结构比较复杂，这个会增加合成的成本。吸光率比较低，就必须用比较厚的薄膜来采光，而这样又增加了激子和载流子的传输距离，导致光电转化率的降低。可是人家高分子本来就是分散度高，载流子的迁移率偏低，这样就影响的效率。

图2 采取混合异质结构解决效率问题，甲为平面异质结构，乙为混合异质结构

那么如何解决这个问题？那就是将电池做成混合异质结构，将电池的给体和受体混在一起，一方面增加两种材料的接触面积，另一方面缩短激子扩散到界面上所需要穿越的距离。

这个方法是当时在Alan Heeger实验室工作的中国学者俞刚博士首创。现在基本上所有高分子提高效率的研究，都集中在如何将这个结构做得更好和更稳定。

但这个方法也有其问题，就是在强光照射下，和高温下，这个结构的稳定性可能是一个问题。虽然Konarka通过荷兰的测试机构，在65摄氏度的条件下，通过的测试。显然在这方面的技术研发肯定还要下更多的功夫。

而有机材料的天然性质，总是倾向于相同材料的聚集，所以这种混合异质结构，最后就会回到上图甲那样的平面异质结构，从而带来转换率的下降。而当转换率跌到了原先的一半，俺们通常的定义，就是这个电池的寿命到此为止了。

那么这种高分子的电池寿命现在有多长了？根据测试结果，大概是在3-5年之间。现在Konarka在2007年初生产出来的电池，仍然在实际运作。而去年由德国一些大学研发出来的新工艺，有希望将这个寿命增加到5年，甚至以上。

有机电池的另一个需要考虑的问题，就是电池的封装。

因为有机材料的原因，自然接触氧气后，就会氧化，因此封装就是要把电池和空气中的氧气隔开。根据实验证明，对空气进行有效隔绝后，有机太阳能电池的转换率，在几年内没有多大变化。

十

有机太阳能电池的另外一条道路，就是小分子材料。

图三 小分子有机材料

小分子材料的好处，那就是正好和高分子相反。有机小分子容易合成和提纯，因此成本在材料上，比高分子更便宜。

而因为小分子的纯度高，那就是吸光率要更高，其载流子的迁移率要更高。

这就意味什么？那就是不同于高分子材料，你不必去搞什么混合异质结构，采取平面异质结构，就是传统的双层膜就成了。这样你就避免了结构解体这个高分子材料面临的大问题。那么自然小分子电池的寿命就要比高分子长得多了。

因为没有这个缺陷，小分子电池的寿命，就完全决定于你封装材料和工艺水平。以现有的技术，小分子要做到10年的寿命，没有太大问题。如果封装技术提高的话，经过努力，小分子电池的寿命是可以达到20年的。

当然小分子的缺点，也正好和高分子倒了过来。那就是因为小分子的结构过于刚性化，通常是不能溶解于普通溶液。因此小分子电池的制造工艺，是不可能用俺们说到的那些非常便宜的涂抹方法的。

这个技术的工艺方法，就是用真空蒸镀法。因为真空工艺的能耗高，这样生产的成本就会上去了。

那么大家就要举起双手，问一个问题：

“那么俺们可不可用一种方法，既可以用高分子材料的溶解优点，可以在成本比较低的生产设备上生产，又可以有小分子的优点，在转换率和寿命上，比较占优？”

这个问题问得很好。听到这个问题的时候，俺们团队的科学家们已经在捂着嘴巴，偷偷的笑了。

是的。俺们的技术道路，就是这条将高分子和小分子结合为一体的第三个方向。

俺们可以做到的就是，不需要做混合异质结构，只要用传统的双层膜结构，因此可以解决电池寿命短和稳定性差的问题。

俺们还可以做到的就是，不需要高昂的真空过程，用溶液调试，用涂抹，喷射，丝网和滚筒的方式，就可以生产。

俺们更可以做到的还有，可以通过对材料的改进，做到这个材料，对太阳光谱吸收幅度的扩大。同时，还可以增加不同材料，对太阳光谱的不同波段进行吸收，开发出转换率更高的层叠电池。

本来业界的普遍看法是，在2011年，应该可以突破10%的光电转换率。不过随着这两年的不断突破，大家已经同意10%，就是2010年以内的事情。Alan Heeger老兄，拍着胸脯说，俺认为2012年，12%应该会突破。而邓青云老爷子，也对俺们这条路子信心十足，认为首先突破10%的几率最大。

而大家的眼光都是盯在2015年，目标是转换率达到15%，这个就是和无机太阳能电池要在这个时间，争取把成本降低到1美元的生死之战了。

中原初逐鹿，投笔事戎轩。突然想起了唐初名相魏征的这句诗。是值得大干一场的时候了。