自2012年日本實施太陽能發電固定價格收購制度以來，日本的太陽能電池導入量大幅增加。以前太陽能電池主要是在住宅的房頂上設置，而最近以百萬瓦級光伏電站為代表，在大面積的平地等設置太陽能電池的事例越來越多。雖然太陽能電池的設置方式發生了變化，但也有沒變的地方。比如，太陽能電池依然是平板型。

把太陽能電池的形狀變成圓柱形，提高太陽能電池設置自由度，這是研發染料敏化太陽能電池的九州工業大學研究生院生命體工學研究科教授早瀨修二提出來的。這種電池可以垂直設置，能合理利用空間。記者就圓柱型染料敏化太陽能電池的優點和研究目的，采訪了早瀨。

——染料敏化太陽能電池的研發目的是什么？

早瀨：從今后的供電情況來看，需要增加可再生能源、尤其是太陽能電池的使用。采用硅（Si）等無機半導體的太陽能電池需要在高溫下進行結晶生長，要使用真空裝置等，因此制造成本必然會升高。這樣就很難在所有的地方都普及太陽能電池。要想實現普及，需要成本更低，而且轉換效率高的太陽能電池。

我研究的染料敏化太陽能電池的特點是，能用涂布工藝制造，可以降低制造成本。材料成本也很有可能降低，而且有望實現高轉換效率。

——您的研發小組研究圓柱型染料敏化太陽能電池，在形狀方面很有特點。

早瀨：我的研發小組有兩個研究方針。一是研發新材料，提高染料敏化太陽能電池的轉換效率。二是探索使用染料敏化太陽能電池的最佳形狀。圓柱型染料敏化太陽能電池是在第二個研究方針下開發出來的。

為擴大染料敏化太陽能電池的應用，我的著眼點是太陽能電池單元的封裝構造。利用涂布工藝以較低溫度制造染料敏化太陽能電池雖然有望降低制造成本，但材料的穩定性還有問題。由于是用涂布法制造，要先把材料溶到液體中。涂布這種材料制成的膜對水和氧的耐性往往較弱，會導致染料敏化太陽能電池的性能劣化。因此，防止水和氧進入太陽能電池單元內的封裝非常重要。

雖然有好幾種封裝方法，但如果采用以往的對策，染料敏化太陽能電池的制造成本就會隨之上升，這是個難點。作為方法簡單而且能以低成本防止水和氧進入的方法，我開發出了圓柱型染料敏化太陽能電池。



——圓柱型的平面只有圓柱的兩端。與常用的平板型相比，太陽能電池單元的平面面積確實減小了。能減少水和氧從平面進入太陽能電池單元內的源頭，所以才不容易劣化。

早瀨：制成圓柱型的重點是采用玻璃管。因為只用塑料封裝的話，成本會升高。

考慮封裝方法時很大程度上參考了熒光燈。熒光燈利用玻璃管和金屬等材料，用很低的成本實現了內部密封。而且，熒光燈是大量生產的。可謂是作為染料敏化太陽能電池參考的不二之選。

2013年，我們在牛尾電機的協助下，成功實現了圓柱型單元構造的密封注）。我們開發的圓柱型染料敏化太陽能電池目前正在實施現場試驗。設置在實驗農場的溫室內，作為傳感器電源使用。圓柱型染料敏化太陽能電池長1m，豎著設置在溫室內使用。太陽能電池單元每個長20cm左右，豎著連在一起形成了1m的長度。

注）該成果是在日本科學技術振興機構（JST）“以有機材料為基礎的新電子技術開發”的研究課題中，作為“以靈活的浮動電極為核心技術的新太陽能電池領域開拓”中的一環實現的。

——轉換效率有多少？

早瀨：還只有6％左右。光看數字覺得非常低吧。不過，從一天的總發電量來看，圓柱型的特點會起到作用。

圓柱型的優點是，發電量幾乎不會隨著光的入射角度而變動。從日出到日落，太陽一天的位置變化很大，因此陽光到達地上的角度也會變化。普通的平板型太陽能電池的轉換效率會隨著陽光的入射角度而大幅變動。平面型針對垂直方向光線的發電量比圓柱型高，但隨著陽光的入射角度偏離垂直方向，發電量會大大降低，最終低于圓柱型。所以，從一天的總發電量來看，圓柱型要高于平面型。在9月份，估計圓柱型電池一天的總發電量是平板型的1.3倍。

上面說的圓柱型與平板型的比較是以太陽能電池水平設置這種普通的設置方法為前提。最近還出現了把太陽能電池設置在墻壁等垂直面上的例子。在垂直面上設置太陽能電池時，圓柱型與平板型一天的總發電量之差會擴大。在9月份，估計圓柱型一天的總發電量是平板型的2倍。

九州工業大學研究生院生命體工學研究科教授早瀨修二的目標是讓所有地方都能設置太陽能電池，為此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證實驗。本篇將介紹該電池在農場進行驗證實驗的目的、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。（采訪人：大久保 聰，日經BP半導體調查）

——圓柱型電池在設置方法上也與以往的太陽能電池想法不一樣。

早瀨：制成圓柱型后，關于太陽能電池設置的想法也會改變。圓柱型不但形狀類似熒光燈，還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。由于以前沒接觸過，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，如果實現實用化，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得到采用。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準利基市場，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于這種想法。為了在溫室內高效栽培作物，今后應該會設置很多傳感器。那么，這些傳感器的電源怎么辦呢？從外面接入電源線比較麻煩，應該會產生在溫室內設置電源的需求。但在溫室內，電源的設置面積不能占太大地方。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采用有機物，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以上的長波長的光，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的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，由于材料內含鉛（Pb），因此同時還想實現無鉛化。

——采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：由于單元構造與以前采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，因此很難立即應用于圓柱型。但可以制成薄膜狀的單元，然后卷成圓柱型。

——如果利用圓柱型開拓太陽能電池的新用途，并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。很多人聽到我們研發小組的實踐后都會提供建議說“我這里有這種材料，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，研發基地位于日本有很大的好處。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松入手。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，從與會人員那里獲得更多信息。