被公認(rèn)為新一代太陽能電池的色素增感型太陽能電池，其相關(guān)研發(fā)正如火如荼地展開。性能得到大幅提高的元件相繼發(fā)表，解決低耐久性問題的材料開發(fā)，以及前所未有的新結(jié)構(gòu)及新形狀也接連不斷地被提出。色素增感型太陽能電池優(yōu)點(diǎn)突出，不僅能夠以低成本進(jìn)行制造，而且還可實(shí)現(xiàn)各種顏色。因此，家電廠商也在積極開發(fā)，2008年索尼宣布單元轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了10.1％，之后，松下電工也于2009年春季表示，“在室內(nèi)用途方面，前景比硅型太陽能電池更為看好”。

實(shí)現(xiàn)15～16％的效率已為時(shí)不遠(yuǎn)

色素增感型太陽能電池由感光色素、氧化鈦以及含有碘等的電解液構(gòu)成。瑞士大學(xué)洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（Ecole Polytechnique Federale deLausanne，EPFL）教授Michael Graetzel于1991年發(fā)表了轉(zhuǎn)換效率為7.12％的單元，相關(guān)研發(fā)由此全面展開。Graetzel在2009年春季于東京大學(xué)舉行的“革新性太陽能發(fā)電國際研討會”上宣稱，“2008年12月實(shí)現(xiàn)了12.3％的轉(zhuǎn)換效率”。轉(zhuǎn)換效率突破10％大關(guān)是在1992年，之后過了大約13年才超過了11％。此次超過12％是2008年的3年后的研究成果，性能提高的速度重新開始加快。

另外，采用多種色素的雙結(jié)及三結(jié)型太陽能電池的開發(fā)也在不斷推進(jìn)，可以說實(shí)現(xiàn)15～16％的轉(zhuǎn)換效率已為時(shí)不遠(yuǎn)。

漏液問題有望通過粘土得以解決

截止目前，色素增感型太陽能電池的最大難點(diǎn)與其說是非轉(zhuǎn)換效率，不如說是耐久性。耐久性方面最近也取得了重大進(jìn)展。

東京大學(xué)尖端科學(xué)技術(shù)研究中心教授瀨川浩司和專職副教授內(nèi)田聰?shù)难芯啃〗M開發(fā)出了一種新技術(shù)，即使在電解液中添加粘土實(shí)現(xiàn)凝膠化（固體狀），轉(zhuǎn)換效率也不會下降（圖1）注1）。該研究小組利用該技術(shù)試制了面積為0.16cm2的單元，實(shí)現(xiàn)了9.9％的轉(zhuǎn)換效率，與使用原來的電解液時(shí)達(dá)到的10.1％相比，幾乎沒有區(qū)別。

圖1：混有粘土的電解質(zhì)使電流增加具備靜置時(shí)凝膠化，而搖動時(shí)溶膠化的“觸變性”的粘土（a）。使用該粘土的凝膠狀電解質(zhì)的色素增感型太陽能電池的I-V特性（b）。與使用普通電解液時(shí)相比，電流得到增加。照片及圖形由東京大學(xué)內(nèi)田研究室提供。

以前，色素增感型太陽能電池也被稱為“濕式太陽能電池”，在太陽能電池技術(shù)中，是唯一擔(dān)心出現(xiàn)“漏液”的方式。采用這種方式時(shí)，電解液一旦泄漏，氧化鈦就會分解色素，從而喪失發(fā)電功能。為了不發(fā)生漏液，業(yè)內(nèi)過去也曾有過電解液凝膠化的嘗試，但卻出現(xiàn)了電阻增大，轉(zhuǎn)換效率下降的問題。而此次的凝膠狀電解質(zhì)則不同，電阻反而降低，使電流有所增加。“這就是電解液凝膠化技術(shù)的最新版，對此我們十分自信”（內(nèi)田）。

粘土是仿照被稱為“膨潤土”的火山灰粘土合成而來。具體而言，就是用約1nm厚的板狀分子層狀重疊后，再由此形成大的簇群，從而獲得了“觸變性”特點(diǎn)。“觸變性”是一種施加振動及壓力時(shí)就會溶膠化（液狀），而靜置時(shí)數(shù)分鐘即可返回凝膠狀的特性。由于采用的是多間隙結(jié)構(gòu)，因此水分及離子可在分子間輕松穿過。估計(jì)就是這種特性促進(jìn)了電阻的降低。

發(fā)電光纖也已面市

最近的太陽能電池，無論是哪種方式，都出現(xiàn)了將可視光和紅外線一同用于光電轉(zhuǎn)換，由此來提高轉(zhuǎn)換效率的開發(fā)趨勢。不過，這種做法存在一個(gè)很大的難點(diǎn)。這就是透明電極。

以前，太陽能電池一直采用將兩個(gè)電極中的一個(gè)制成透明狀，并向色素及半導(dǎo)體照射光線的方法。不過，ITO及FTO等透明電極盡管在可視光區(qū)域擁有較高透射率，但在紅外線區(qū)域就會出現(xiàn)透射率下降的現(xiàn)象。

為了解決這一問題，九州工業(yè)大學(xué)生命體工學(xué)研究系教授早瀨修二的研究小組開發(fā)出了不使用透明電極的太陽能電池——玻璃纖維狀的色素增感型太陽能電池（圖2）注2）。

圖2：使光在光纖中穿過來發(fā)電九州工業(yè)大學(xué)教授早瀨的研究小組試制的纖維狀太陽能電池的結(jié)構(gòu)（a），以及在該纖維上涂布兩種色素制成雙結(jié)（串聯(lián)）型太陽能電池的示例（b）。設(shè)想利用透鏡等聚光器將光導(dǎo)入光纖。（a）根據(jù)該研究小組的公開資料制成。（b）由該研究小組提供。

該太陽能電池采用的方法是：使導(dǎo)入光纖的光在碰到光纖內(nèi)壁后折射的部分被色素吸收，然后轉(zhuǎn)換成電力。由于是不使用透明電極而直接向色素照射光，因此有望提高紅外線的利用率。

就目前的轉(zhuǎn)換效率而言，使用一種色素的產(chǎn)品“暫時(shí)還只有1％”（早瀨）。不過，這是纖維直徑達(dá)到9mm，而長度僅為數(shù)cm時(shí)的數(shù)值，因此“導(dǎo)入光纖的光有9成以上直接跑掉了。假如可以有效利用光，轉(zhuǎn)換效率會相當(dāng)高”（早瀨）。光的有效利用有望通過減細(xì)并加長光纖等手段來實(shí)現(xiàn)。

早瀨的研究小組還試制了使用多種色素的雙結(jié)（串聯(lián)）型及并聯(lián)型元件，并對基本功能進(jìn)行了確認(rèn)。“通過改變色素的涂布面積，便可調(diào)節(jié)電流量，因此可輕松實(shí)現(xiàn)高效率化所不可缺少的電流匹配”（該研究小組）。而且，對于充分利用紅外線這一原本的目的，“也可通過涂布多種色素來實(shí)現(xiàn)”（該研究小組）。

(編輯：全球電池網(wǎng))