【纳米新技术】太阳能电池篇：开拓新领域，提高柔性产品耐久性

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太阳能电池厂商纷纷致力于开拓继住宅和大规模太阳能发电站之后的新增长领域。开拓新领域需要开发具备柔性等新特性的模块，并进一步降低成本。本届展会上有很多提高柔性太阳能电池的耐久性，以及降低结晶硅型太阳能电池成本的技术展出。

其中，富士胶片公司面向制造成本低且具备柔性特性的色素增感型太阳能电池，开发出提高了耐久性的色素。目前使用的色素“Black Dye”因耐久性低，阻碍了色素增感型太阳能电池的实用化。而采用富士胶片此次开发的色素试制的太阳能电池在温度+85℃、湿度85％的环境下放置1000小时后，转换效率只降低了不到10％，确保了实用特性。

除了耐久性以外，富士胶片此次开发的色素还在提高转换效率方面做了很多改进。例如，通过增强对长波端的光的吸收增加了电流值，通过抑制暗电流提高了电压值。

夏普公司采用该色素试制的色素增感型太阳能电池实现了11.9％这一目前世界最高的转换效率（图4）。今后，为了进一步提高转换效率，富士胶片还将继续进行改良，以便能更多地吸收长波段的光。

图4：提高太阳能电池的耐久性 富士胶片面向色素增感型太阳能电池，开发出提高了转换效率和耐久性的新色素（a）。该公司还利用耐久性出色的气体阻隔膜试制了柔性CIGS型太阳能电池（b）。

除此之外，富士胶片还展示了正在开发的柔性CIGS型太阳能电池模块。基板采用以阳极氧化法在铝箔上形成Al2O3层，从而兼具金属箔耐热性和树脂膜绝缘特性的材料。受光面采用提高了气体阻隔性的薄膜。气体阻隔膜如果只采用防止气体透过的无机材料，在弯曲时会产生裂纹，因此采用与有机材料的积层构造。

目前，面积为69.6cm2的模块实现了15.9％的转换效率。不过展示的30cm见方模块的转换效率较低，因此，为了在扩大尺寸时也能将转换效率的降低控制在最小限度，还在继续进行开发。

降低温度提高生产效率

为降低现有结晶硅型太阳能电池的成本，日立化成公司开发出了可进行氮化硅（SiN）蚀刻的浆料。只要利用丝网印刷工艺使该浆料成形，便可只去除浆料下面的SiN（图5）。

图5：利用丝网印刷去除SiN 日立化成开发出了可进行SiN蚀刻的浆料。利用丝网印刷浆料后，加热并清洗可去除SiN。计划用于太阳能电池和MEMS的制造工序等。

在结晶硅型太阳能电池的制造工序中，通常要在硅晶圆的受光侧用SiN形成防反射膜。而且在该防反射膜上形成Ag电极后，还要进行“Fire Through”加工，即在数百℃下加热，使Ag电极与硅电池单元接触。

如果使用此次浆料，无需Fire Through这一高温工艺即可实现Ag电极与硅电池单元的接触。

在蚀刻工序中，首先利用丝网印刷工艺在想蚀刻的部位印刷浆料。然后在170℃下加热5分钟，这时浆料就会产生去除SiN的“蚀刻剂”，对浆料下面的SiN进行蚀刻。

蚀刻后只要用水清洗，即可去除浆料及其下面的SiN部分，获得硅晶圆。最后，再在去除了SiN的部分形成Ag电极，这样便可实现Ag电极和硅电池单元的接触。

利用太阳能电池的背面发电

太阳能电池模块受阳光照射后温度会升高。因此，富士胶片开发出了利用该热能发电的热电转换模块用新材料。除了设置在太阳能电池模块背面的用途外，粘贴在身体上用作健康监测装置电源的应用也备受期待。

富士胶片开发的是采用有机高分子材料的热电转换材料（图6）。该公司称，该材料是有机材料中“热电转换效率最高的”。在此之前，日本产业综合研究所2012年8月发布的、使用有机导电性高分子PEDOT:PSS的材料曾被认为拥有世界最高性能。该材料的热电转换元件的优值系数（ZT）为0.27。

图6：在太阳能电池背面设置热电转换模块 富士胶片开发出了采用有机高分子材料的热电转换模块（a）。在会场，用手的温度驱动了迷你车（b）。计划设置于太阳能电池模块的背面使用。

而富士胶片此次的元件“实现了ZT超过0.27的性能”。该公司称，此次展出的热电转换模块“拥有mW级发电能力，有1℃的温度差就能发电”。该公司并未公布此次开发的有机材料的详细情况，仅表示是与产综研究共同开发的产品。（日经技术在线！ 供稿）