关于作为新一代太阳能电池而受到期待的“钙钛矿太阳能电池”，更新所用材料的研究十分活跃。由于为提高发电效率而添加的铅存在毒性，针对尽可能不使用铅的材料的探索成为焦点。如果能解决这个问题，钙钛矿太阳能电池有望发挥重量轻且能弯曲的特性，显著扩大应用领域。

 

钙钛矿太阳能电池（东芝研发中心）

 

       轻而可弯曲的钙钛矿太阳能电池可以安装在弯曲的地方，因此有望用于大楼的墙壁和汽车车身等。旨在推进实用化的研究在世界范围内日趋活跃。2017年的相关论文发表篇数与2013年相比增加了40倍以上。

 

       很多研究人员视为最后障碍的课题是铅的使用。此前的钙钛矿太阳能电池一直为了形成优质结晶而添加铅，但铅对生物具有毒性，研究人员希望避免溶于水之后流入周围环境的事态。

 

       欧盟限制电子产品使用有害物质的“RoHS指令”列入了铅，严格规定了使用范围。在这一背景下，力争开发尽可能不使用铅而制造高性能钙钛矿太阳能电池的研究火热。

 

       日本电气通信大学的特任教授早濑修二等人注意到了性质与铅接近的锡。在锡中添加微量的锗之后制造元件，实现了10％以上的发电效率。据早濑表示，由于不含铅，“在农田里也有望使用”。早濑认为可以用作农业监测设备和送风机的电源等。

 

       京都大学教授若宫淳志等人也在研究采用锡的钙钛矿太阳能电池。锡被氧化后发电效率会大幅下降。若宫等人希望提高结晶的纯度，使发电效率不易下降。眼下的目标是使目前仅为7~8％的转换效率提高至10％以上。

 

       除了铅以外，还有的研究力争不使用资源量有限的稀有金属。东京大学教授濑川浩司等人开发出了用资源量更为丰富的元素钾替代铷的钙钛矿太阳能电池。该电池是并排采用3个元件的迷你模块，发电效率达到20.7％。接下来计划实现大型化。

 

       如果应用得到扩大、原材料价格随之上涨，那么开发的意义将下降。研究人员希望能以容易获得的物质低廉地实现量产。

 

   

       钙钛矿太阳能电池的起源是日本。被称为钙钛矿的结晶对光发生强烈反应的现象过去就为人所知，桐荫横滨大学特任教授宫坂力最近开始讨论能否将这种材料应用于太阳能电池。

 

       2009年发表的最初的论文由于发电效率仅为3.8％而未得到广泛关注。在携手英国牛津大学于2012年实现超过10％的转换效率之后，该研究迅速获得关注，全世界进行效仿的行动加速。在小面积钙钛矿太阳能电池领域，韩国2017年实现了22.7％的发电效率，达到媲美结晶硅性能的水平。

 

       东芝力争推动钙钛矿太阳能电池的实用化，将致力于提高大面积电池的性能。2018年该公司以约700平方厘米面积实现11.7％的发电效率，在实用性尺寸上保持最高纪录。东芝研发中心表示，“效率不断提高，此前属于课题的寿命也基本解决。应用的大幕即将拉开”。

 

       宫坂教授展望称，钙钛矿太阳能电池“或将成为物联网设备的主要电源”。

 

       日本经济新闻（中文版：日经中文网）福井健人

 

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