【納米新技術】太陽能電池篇：開拓新領域，提高柔性產品耐久性

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太陽能電池廠商紛紛致力於開拓繼住宅和大規模太陽能發電站之后的新增長領域。開拓新領域需要開發具備柔性等新特性的模塊，並進一步降低成本。本屆展會上有很多提高柔性太陽能電池的耐久性，以及降低結晶硅型太陽能電池成本的技術展出。

其中，富士膠片公司面向制造成本低且具備柔性特性的色素增感型太陽能電池，開發出提高了耐久性的色素。目前使用的色素“Black Dye”因耐久性低，阻礙了色素增感型太陽能電池的實用化。而採用富士膠片此次開發的色素試制的太陽能電池在溫度+85℃、濕度85％的環境下放置1000小時后，轉換效率隻降低了不到10％，確保了實用特性。

除了耐久性以外，富士膠片此次開發的色素還在提高轉換效率方面做了很多改進。例如，通過增強對長波端的光的吸收增加了電流值，通過抑制暗電流提高了電壓值。

夏普公司採用該色素試制的色素增感型太陽能電池實現了11.9％這一目前世界最高的轉換效率（圖4）。今后，為了進一步提高轉換效率，富士膠片還將繼續進行改良，以便能更多地吸收長波段的光。

圖4：提高太陽能電池的耐久性 富士膠片面向色素增感型太陽能電池，開發出提高了轉換效率和耐久性的新色素（a）。該公司還利用耐久性出色的氣體阻隔膜試制了柔性CIGS型太陽能電池（b）。

除此之外，富士膠片還展示了正在開發的柔性CIGS型太陽能電池模塊。基板採用以陽極氧化法在鋁箔上形成Al2O3層，從而兼具金屬箔耐熱性和樹脂膜絕緣特性的材料。受光面採用提高了氣體阻隔性的薄膜。氣體阻隔膜如果隻採用防止氣體透過的無機材料，在彎曲時會產生裂紋，因此採用與有機材料的積層構造。

目前，面積為69.6cm2的模塊實現了15.9％的轉換效率。不過展示的30cm見方模塊的轉換效率較低，因此，為了在擴大尺寸時也能將轉換效率的降低控制在最小限度，還在繼續進行開發。

降低溫度提高生產效率

為降低現有結晶硅型太陽能電池的成本，日立化成公司開發出了可進行氮化硅（SiN）蝕刻的漿料。隻要利用絲網印刷工藝使該漿料成形，便可隻去除漿料下面的SiN（圖5）。

圖5：利用絲網印刷去除SiN 日立化成開發出了可進行SiN蝕刻的漿料。利用絲網印刷漿料后，加熱並清洗可去除SiN。計劃用於太陽能電池和MEMS的制造工序等。

在結晶硅型太陽能電池的制造工序中，通常要在硅晶圓的受光側用SiN形成防反射膜。而且在該防反射膜上形成Ag電極后，還要進行“Fire Through”加工，即在數百℃下加熱，使Ag電極與硅電池單元接觸。

如果使用此次漿料，無需Fire Through這一高溫工藝即可實現Ag電極與硅電池單元的接觸。

在蝕刻工序中，首先利用絲網印刷工藝在想蝕刻的部位印刷漿料。然后在170℃下加熱5分鐘，這時漿料就會產生去除SiN的“蝕刻劑”，對漿料下面的SiN進行蝕刻。

蝕刻后隻要用水清洗，即可去除漿料及其下面的SiN部分，獲得硅晶圓。最后，再在去除了SiN的部分形成Ag電極，這樣便可實現Ag電極和硅電池單元的接觸。

利用太陽能電池的背面發電

太陽能電池模塊受陽光照射后溫度會升高。因此，富士膠片開發出了利用該熱能發電的熱電轉換模塊用新材料。除了設置在太陽能電池模塊背面的用途外，粘貼在身體上用作健康監測裝置電源的應用也備受期待。

富士膠片開發的是採用有機高分子材料的熱電轉換材料（圖6）。該公司稱，該材料是有機材料中“熱電轉換效率最高的”。在此之前，日本產業綜合研究所2012年8月發布的、使用有機導電性高分子PEDOT:PSS的材料曾被認為擁有世界最高性能。該材料的熱電轉換元件的優值系數（ZT）為0.27。

圖6：在太陽能電池背面設置熱電轉換模塊 富士膠片開發出了採用有機高分子材料的熱電轉換模塊（a）。在會場，用手的溫度驅動了迷你車（b）。計劃設置於太陽能電池模塊的背面使用。

而富士膠片此次的元件“實現了ZT超過0.27的性能”。該公司稱，此次展出的熱電轉換模塊“擁有mW級發電能力，有1℃的溫度差就能發電”。該公司並未公布此次開發的有機材料的詳細情況，僅表示是與產綜研究共同開發的產品。（日經技術在線！ 供稿）