九

本來這個太陽能係列，主要的目的是對業外人士，進行科普，希望可以讓中國各個省市的經濟開發區的頭頭們看到，把有機太陽能作為一個主要的扶持選項。不過有業內人士出來抗議，說俺寫得不清不楚，誤導了現在剛入行的小弟弟和小妹妹們，這裏就隻好對有機太陽能技術，給予更為清晰的介紹。

有機太陽能，現在來講，主要是從材料上來區分，可以說是兩條道路：一條是高分子，一條是小分子。

圖一 高分子有機材料

高分子有什麽好處呢？就是可以溶解於普通的溶液裏。不要小看了這個好處，你生產矽晶體電池和無機薄膜電池，可是要一大套複雜和成本昂貴的生產設備和工藝。而這個高分子溶液，你可以向給你自己的家裏油漆房子那樣，用塗抹法，用噴射法，或者用滾筒發，就可以生產了。這也是為啥，這個電池的成本可以大幅度降下來的原因。

但是高分子材料的缺點也不小，就是分散度高，不容易提純，吸光率較低。

不容易合成是因為材料導電的結構比較複雜，這個會增加合成的成本。吸光率比較低，就必須用比較厚的薄膜來采光，而這樣又增加了激子和載流子的傳輸距離，導致光電轉化率的降低。可是人家高分子本來就是分散度高，載流子的遷移率偏低，這樣就影響的效率。

圖2 采取混合異質結構解決效率問題，甲為平麵異質結構，乙為混合異質結構

那麽如何解決這個問題？那就是將電池做成混合異質結構，將電池的給體和受體混在一起，一方麵增加兩種材料的接觸麵積，另一方麵縮短激子擴散到界麵上所需要穿越的距離。

這個方法是當時在Alan Heeger實驗室工作的中國學者俞剛博士首創。現在基本上所有高分子提高效率的研究，都集中在如何將這個結構做得更好和更穩定。

但這個方法也有其問題，就是在強光照射下，和高溫下，這個結構的穩定性可能是一個問題。雖然Konarka通過荷蘭的測試機構，在65攝氏度的條件下，通過的測試。顯然在這方麵的技術研發肯定還要下更多的功夫。

而有機材料的天然性質，總是傾向於相同材料的聚集，所以這種混合異質結構，最後就會回到上圖甲那樣的平麵異質結構，從而帶來轉換率的下降。而當轉換率跌到了原先的一半，俺們通常的定義，就是這個電池的壽命到此為止了。

那麽這種高分子的電池壽命現在有多長了？根據測試結果，大概是在3-5年之間。現在Konarka在2007年初生產出來的電池，仍然在實際運作。而去年由德國一些大學研發出來的新工藝，有希望將這個壽命增加到5年，甚至以上。

有機電池的另一個需要考慮的問題，就是電池的封裝。

因為有機材料的原因，自然接觸氧氣後，就會氧化，因此封裝就是要把電池和空氣中的氧氣隔開。根據實驗證明，對空氣進行有效隔絕後，有機太陽能電池的轉換率，在幾年內沒有多大變化。

十

有機太陽能電池的另外一條道路，就是小分子材料。

圖三  小分子有機材料

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

而因為小分子的純度高，那就是吸光率要更高，其載流子的遷移率要更高。

這就意味什麽？那就是不同於高分子材料，你不必去搞什麽混合異質結構，采取平麵異質結構，就是傳統的雙層膜就成了。這樣你就避免了結構解體這個高分子材料麵臨的大問題。那麽自然小分子電池的壽命就要比高分子長得多了。

因為沒有這個缺陷，小分子電池的壽命，就完全決定於你封裝材料和工藝水平。以現有的技術，小分子要做到10年的壽命，沒有太大問題。如果封裝技術提高的話，經過努力，小分子電池的壽命是可以達到20年的。

當然小分子的缺點，也正好和高分子倒了過來。那就是因為小分子的結構過於剛性化，通常是不能溶解於普通溶液。因此小分子電池的製造工藝，是不可能用俺們說到的那些非常便宜的塗抹方法的。

這個技術的工藝方法，就是用真空蒸餾法。因為真空工藝的能耗高，這樣生產的成本就會上去了。

那麽大家就要舉起雙手，問一個問題：

“那麽俺們可不可用一種方法，既可以用高分子材料的溶解優點，可以在成本比較低的生產設備上生產，又可以有小分子的優點，在轉換率和壽命上，比較占優？”

這個問題問得很好。聽到這個問題的時候，俺們團隊的科學家們已經在捂著嘴巴，偷偷的笑了。

是的。俺們的技術道路，就是這條將高分子和小分子結合為一體的第三個方向。

俺們可以做到的就是，不需要做混合異質結構，隻要用傳統的雙層膜結構，因此可以解決電池壽命短和穩定性差的問題。

俺們還可以做到的就是，不需要高昂的真空過程，用溶液調試，用塗抹，噴射，絲網和滾筒的方式，就可以生產。

俺們更可以做到的還有，可以通過對材料的改進，做到這個材料，對太陽光譜吸收幅度的擴大。同時，還可以增加不同材料，對太陽光譜的不同波段進行吸收，開發出轉換率更高的層疊電池。

本來業界的普遍看法是，在2011年，應該可以突破10%的光電轉換率。不過隨著這兩年的不斷突破，大家已經同意10%，就是2010年以內的事情。Alan Heeger老兄，拍著胸脯說，俺認為2012年，12%應該會突破。而鄧青雲老爺子，也對俺們這條路子信心十足，認為首先突破10%的幾率最大。

而大家的眼光都是盯在2015年，目標是轉換率達到15%，這個就是和無機太陽能電池要在這個時間，爭取把成本降低到1美元的生死之戰了。

中原初逐鹿，投筆事戎軒。突然想起了唐初名相魏征的這句詩。是值得大幹一場的時候了。