關於作為新一代太陽能電池而受到期待的「鈣鈦礦太陽能電池」，更新所用材料的研究十分活躍。由於為提高發電效率而添加的鉛存在毒性，針對盡可能不使用鉛的材料的探索成為焦點。如果能解決這個問題，鈣鈦礦太陽能電池有望發揮重量輕且能彎曲的特性，顯著擴大應用領域。

 

鈣鈦礦太陽能電池（東芝研發中心）

 

       輕而可彎曲的鈣鈦礦太陽能電池可以安裝在彎曲的地方，因此有望用於大樓的牆壁和汽車車身等。旨在推進實用化的研究在世界範圍內日趨活躍。2017年的相關論文發表篇數與2013年相比增加了40倍以上。

 

       很多研究人員視為最後障礙的課題是鉛的使用。此前的鈣鈦礦太陽能電池一直為了形成優質結晶而添加鉛，但鉛對生物具有毒性，研究人員希望避免溶於水之後流入周圍環境的事態。

 

       歐盟限制電子産品使用有害物質的「RoHS指令」列入了鉛，嚴格規定了使用範圍。在這一背景下，力爭開發盡可能不使用鉛而製造高性能鈣鈦礦太陽能電池的研究火熱。

 

       日本電氣通信大學的特任教授早瀨修二等人注意到了性質與鉛接近的錫。在錫中添加微量的鍺之後製造元件，實現了10％以上的發電效率。據早瀨表示，由於不含鉛，「在農田裏也有望使用」。早瀨認為可以用作農業監測設備和送風機的電源等。

 

       京都大學教授若宮淳志等人也在研究採用錫的鈣鈦礦太陽能電池。錫被氧化後發電效率會大幅下降。若宮等人希望提高結晶的純度，使發電效率不易下降。眼下的目標是使目前僅為7~8％的轉換效率提高至10％以上。

 

       除了鉛以外，還有的研究力爭不使用資源量有限的稀有金屬。東京大學教授瀨川浩司等人開發出了用資源量更為豐富的元素鉀替代銣的鈣鈦礦太陽能電池。該電池是並排採用3個元件的迷你模組，發電效率達到20.7％。接下來計劃實現大型化。

 

       如果應用得到擴大、原材料價格隨之上漲，那麼開發的意義將下降。研究人員希望能以容易獲得的物質低廉地實現量産。

 

   

       鈣鈦礦太陽能電池的起源是日本。被稱為鈣鈦礦的結晶對光發生強烈反應的現象過去就為人所知，桐蔭橫濱大學特任教授宮坂力最近開始討論能否將這種材料應用於太陽能電池。

 

       2009年發表的最初的論文由於發電效率僅為3.8％而未得到廣泛關注。在攜手英國牛津大學于2012年實現超過10％的轉換效率之後，該研究迅速獲得關注，全世界進行效倣的行動加速。在小面積鈣鈦礦太陽能電池領域，南韓2017年實現了22.7％的發電效率，達到媲美結晶矽性能的水準。

 

       東芝力爭推動鈣鈦礦太陽能電池的實用化，將致力於提高大面積電池的性能。2018年該公司以約700平方釐米面積實現11.7％的發電效率，在實用性尺寸上保持最高紀錄。東芝研發中心表示，「效率不斷提高，此前屬於課題的壽命也基本解決。應用的大幕即將拉開」。

 

       宮坂教授展望稱，鈣鈦礦太陽能電池「或將成為物聯網設備的主要電源」。

 

       日本經濟新聞（中文版：日經中文網）福井健人

 

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