2014年06月03日08:44
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九州工業大學研究生院生命體工學研究科教授早瀨修二為讓所有地方都能設置太陽能電池，而推進了圓柱型染料敏化太陽能電池的開發。早瀨的研發小組在牛尾電機的協助下開發的圓柱型染料敏化太陽能電池目前正在農場作為傳感器電源進行驗証實驗。本篇將介紹該電池在農場進行驗証實驗的目的、與圓柱型同步推進的染料敏化太陽能電池的高效率化方式，以及高效推進研發的秘訣。
設置在溫室實驗農場內的圓柱型染料敏化太陽能電池。是九州工業大學在牛尾電機的協助下開發的。（照片取自九州工業大學與科學技術振興機構的新聞發布資料）
——圓柱型電池在設置方法上也與以往的太陽能電池不一樣。
早瀨：制成圓柱型后，關於太陽能電池設置的想法也會改變。圓柱型形狀類似熒光燈，也能像熒光燈那樣操作，設置會變得簡單。不僅可以削減施工費，如果太陽能電池劣化了，用戶還能自己更換。
——圓柱型太陽能電池的研發事例基本沒聽到過。以前美國Solyndra公司利用無機半導體推出過類似產品，但該公司2011年破產了。
早瀨：圓柱型產品的制造比平板型特殊，需要積累經驗。由於以前沒接觸過，所以很難立即就制造圓柱型。我的研發小組目前一直是用接近手工的方法制造。今后要確立量產技術。
——圓柱型有很多優點。但在轉換效率上與硅類太陽能電池還有很大差距，如果實用化，要如何與之形成差異？
早瀨：太陽能電池今后應該會在很多場所採用。我認為屆時會有圓柱型特有的用途。的確，在現在這樣的太陽能電池用途中，轉換效率高、供貨業績突出的硅類太陽能電池比較有優勢。但不是所有陽光能照到的地方都可以設置現在的太陽能電池。
圓柱型染料敏化太陽能電池即使瞄准利基市場，市場規模也幾乎是從零起步的。首先想讓企業使用樣品，以確立有前景的市場。
之前提到的設置在溫室內的用途就是出於這種想法。為了在溫室內高效栽培作物，今后應該會設置很多傳感器。那麼，這些傳感器的電源怎麼辦呢？從外面接入電源線比較麻煩，應該會有在溫室內設置電源的需求。但在溫室內，電源的設置不能佔太大地方。因為在溫室中栽培的作物大多都是附加值較高的高價格產品，溫室內要盡可能地擴大耕作面積。在這種情況下，可以垂直設置的圓柱型染料敏化太陽能電池的優點就能發揮作用了。
——您的研發小組提出的研究方針是研發新材料、提高染料敏化太陽能電池的轉換效率。請介紹一下這方面的研究情況。
早瀨：以前，染料敏化太陽能電池使用的色素一直採用有機物，最近正在研究以鈣鈦礦類材料為色素的染料敏化太陽能電池。這種材料混合了無機材料和有機材料。不使用電解液，為全固體型。
這種染料敏化太陽能電池的特點是，有望實現高轉換效率。以前利用有機色素時，吸收的是波長在800nm以下的光，而鈣鈦礦類材料能吸收1000nm以上波長的光，所以能相應提高轉換效率。我的研發小組利用最大能吸收波長1060nm光的鈣鈦礦類材料色素，獲得了14.5％的轉換效率。我們的目標是利用混合材料，開發轉換效率為20％的染料敏化太陽能電池。不過，由於材料內含鉛（Pb），因此同時還想實現無鉛化。
——採用鈣鈦礦類材料的染料敏化太陽能電池是否能實現圓柱型？
早瀨：由於單元構造與以前採用有機色素和電解液的染料敏化太陽能電池不同，制造工藝也不同，因此很難立即應用於圓柱型。但可以制成薄膜狀的單元，再卷成圓柱型。
——如果利用圓柱型開拓太陽能電池的新用途，並通過新材料進一步實現進化，開發項目涉及的方面會很多。
早瀨：我利用了參加學會和研討會等演講會的機會。很多人聽到我們的實踐后都會建議說 “我這裡有這種材料，試一下？”由此可以獲得我們沒注意到的信息，比如制造工藝和材料等。
用太陽能電池開拓新領域，就必須探索新材料。在這一點上，研發基地位於日本有很大好處。日本企業的材料技術非常強大。海外的研發小組難以獲得的新材料在日本都能輕鬆到手。現在我很期待參加2014年7月舉行“探討有機電子的下一個方向”研討會時，從與會人員那裡獲得更多信息。（作者：大久保 聰，日經技術在線！供稿）
