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日本新一代太阳能电池研究有这些进展

2019/09/12

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       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。

 

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