名古屋大學開發出了將可彎曲、能低價製造的光伏電池「鈣鈦礦型」光伏電池的壽命延長到2~4倍的技術。可以延長到約20年，達到與主流的以矽為材料的光伏電池相當的水準。該大學將與企業研究製造方法，力爭2020年代後半期實現實用化。這將推動有利於削減溫室氣體的新一代光伏電池的普及。

  

      鈣鈦礦型光伏電池是在薄膜和玻璃基板上塗佈像塗料一樣的材料進行製造。據稱，製造成本可降至使矽結晶成長來製造的矽光伏電池的一半。如果在基板上使用很薄的薄膜，重量預計可降至十分之一。

  

      鈣鈦礦型光伏電池重量輕，可彎曲，因此能夠安裝于之前很難設置的建築物外牆和彎曲的屋頂等地方。由於可用不斷拓展發電的場所，還有利於削減溫室氣體。為此，日本國內外的企業正在啟動量産。

    

   

      鈣鈦礦型光伏電池利用有機物等製造主要的3層。由於不耐水、氧氣和光，容易劣化，因此在室外安裝時的壽命為5~10年左右，不到矽光伏電池的一半。

  

      鈣鈦礦型光伏電池要想實現普及，要防止吸收陽光發電的發電層、傳輸電子的電子傳輸層及傳輸正電荷的空穴傳輸層劣化，將耐用性提高到與矽光伏電池相當的水準。

  

      名古屋大學的松尾豐教授等人著眼於電子傳輸層，通過與日本電子零件製造商Resonac合作提高了耐用性。原來是採用由60個碳原子構成的「富勒烯」材料製造，但經過一段時間後，分子會結成塊。存在塊與塊之間産生縫隙、傳輸電子的性能下降的課題。

名古屋大學在傳輸電子的零部件上使用新材料，以延長鈣鈦礦型光伏電池的壽命（名古屋大學提供）

     

      為此，松尾教授等在電子傳輸層採用了富勒烯結合氧原子等的新材料。不僅富勒烯分子不再容易結塊，還可以防止因接觸水分等産生的劣化。

  

      為了確認性能，使用在真空中蒸發原料以使材料堆積的真空蒸鍍，在發電層上形成電子傳輸層的膜，試製出了1.5釐米見方的光伏電池。

  

      試製出的光伏電池被放置在攝氏25度的環境中。16天後將太陽能轉變成電能的轉換效率仍保持在22％，跟矽光伏電池相當。

  

      即使將溫度提高到攝氏70度，轉換效率在11天後仍保持在20％，相當於當初的9成。相反，使用富勒烯的傳統光伏電池的轉換效率降到了14％。松尾教授説：「如果在薄膜基板上封裝，防止水分等進入，將有望實現壽命延長至原來的2倍，達到20年」。

  

      新材料可大量生産，製造成本跟傳統的鈣鈦礦型一樣，只有矽光伏電池的一半。今後將利用真空蒸鍍降低製造電子傳輸層的工藝的溫度，製造更均勻的膜，進一步提高轉換效率和耐用性。計劃2027年左右實現實用化。

 

    

      日本岡山大學提高了發電層的耐用性。該大學的外國客座研究員Haitham Elboy等在材料中添加了用於防曬霜等的有機化合物二苯甲酮。負責發電的結晶大幅生長，結晶之間形成的邊界部分的面積減少，改善了電子流動。

  

      該大學試製出了面積為3平方釐米的光伏電池，並實施了在攝氏25度、濕度30％的空氣中發電的實驗。18.8％的轉換效率在700小時後仍基本保持在約17％。

  

      不添加二苯甲酮時的轉換效率為13％，300小時後降至4％。Haitham表示：「可以將壽命延長到2～3倍」。目標是在2030年前後推向實用化。

  

      加拿大多倫多大學等通過可牢固連接發電層和空穴傳輸層的技術，提高了耐久性。如果層與層的邊界被光或熱損傷，就不能很好地傳遞電荷，從而導致性能下降。

  

      該大學研究人員在材料中添加了在發電層和空穴傳輸層之間起到橋樑作用的有機化合物。試製了2.5釐米見方的光伏電池，用玻璃和黏合劑進行了簡單封裝。

  

      在攝氏85度、最高濕度為65％的環境中實施的實驗顯示，1500小時後轉換效率仍為約20％，保持在最初的9成水準。在不添加有機化合物的情況下，400小時後轉換效率下降到了不到8成。

  

      主導這項研究、目前隸屬於美國西北大學（Northwestern University）的博士研究員Chongwen Lee表示：「已經申請專利。不少光伏電池廠商都顯示出興趣」。

  

      日本能否吸取矽光伏電池方面的痛苦經驗教訓

  

      鈣鈦礦型光伏電池是以2009年桐蔭橫濱大學特任教授宮坂力公佈的技術為基礎開發而成的日本國産技術。

  

      日本新能源産業技術綜合開發機構（NEDO）在2021～2025年度期間通過日本政府的綠色創新基金項目為光伏電池的大型化和封裝技術的開發提供支援。

  

      積水化學工業、東芝、KANEKA等企業都在推進相關研發。目標是到2030年度，在一定的日照條件下實現每度為14日元（約合人民幣0.67元）的發電成本，與工業電費同等。

  

      據日本資源能源廳估算，通過推動鈣鈦礦型光伏電池的開發和普及，到2030年可使整個日本的年度二氧化碳排放量減少約60萬噸，到2050年可減少約1億噸。預計2030年經濟漣漪效應將達到約125億日元，2050年將達到約1.25萬億日元。

  

      不過，前提是日本企業在全球光伏電池市場上掌握25％的份額。矽光伏電池方面，日本企業被成本競爭力出色的中國企業奪走了市場。從目前的光伏電池市佔率來看，2020年日本企業僅佔0.3％。鈣鈦礦型光伏電池方面，中國企業也在推進量産。焦點在於日本能否吸取矽光伏電池方面的痛苦經驗教訓，穩步實現産業化。

    

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網） 草鹽拓郎

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