自2012年日本實(shí)施太陽(yáng)能發(fā)電固定價(jià)格收購(gòu)制度以來(lái)，日本的太陽(yáng)能電池導(dǎo)入量大幅增加。以前太陽(yáng)能電池主要是在住宅的房頂上設(shè)置，而最近以百萬(wàn)瓦級(jí)光伏電站為代表，在大面積的平地等設(shè)置太陽(yáng)能電池的事例越來(lái)越多。雖然太陽(yáng)能電池的設(shè)置方式發(fā)生了變化，但也有沒(méi)變的地方。比如，太陽(yáng)能電池依然是平板型。

把太陽(yáng)能電池的形狀變成圓柱形，提高太陽(yáng)能電池設(shè)置自由度，這是研發(fā)染料敏化太陽(yáng)能電池的九州工業(yè)大學(xué)研究生院生命體工學(xué)研究科教授早瀨修二提出來(lái)的。這種電池可以垂直設(shè)置，能合理利用空間。記者就圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)和研究目的，采訪了早瀨。

——染料敏化太陽(yáng)能電池的研發(fā)目的是什么？

早瀨：從今后的供電情況來(lái)看，需要增加可再生能源、尤其是太陽(yáng)能電池的使用。采用硅（Si）等無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的太陽(yáng)能電池需要在高溫下進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)，要使用真空裝置等，因此制造成本必然會(huì)升高。這樣就很難在所有的地方都普及太陽(yáng)能電池。要想實(shí)現(xiàn)普及，需要成本更低，而且轉(zhuǎn)換效率高的太陽(yáng)能電池。

我研究的染料敏化太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。

——您的研發(fā)小組研究圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池，在形狀方面很有特點(diǎn)。

早瀨：我的研發(fā)小組有兩個(gè)研究方針。一是研發(fā)新材料，提高染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。二是探索使用染料敏化太陽(yáng)能電池的最佳形狀。圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池是在第二個(gè)研究方針下開(kāi)發(fā)出來(lái)的。

為擴(kuò)大染料敏化太陽(yáng)能電池的應(yīng)用，我的著眼點(diǎn)是太陽(yáng)能電池單元的封裝構(gòu)造。利用涂布工藝以較低溫度制造染料敏化太陽(yáng)能電池雖然有望降低制造成本，但材料的穩(wěn)定性還有問(wèn)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(duì)水和氧的耐性往往較弱，會(huì)導(dǎo)致染料敏化太陽(yáng)能電池的性能劣化。因此，防止水和氧進(jìn)入太陽(yáng)能電池單元內(nèi)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(duì)策，染料敏化太陽(yáng)能電池的制造成本就會(huì)隨之上升，這是個(gè)難點(diǎn)。作為方法簡(jiǎn)單而且能以低成本防止水和氧進(jìn)入的方法，我開(kāi)發(fā)出了圓柱型染料敏化太陽(yáng)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(yáng)能電池單元的平面面積確實(shí)減小了。能減少水和氧從平面進(jìn)入太陽(yáng)能電池單元內(nèi)的源頭，所以才不容易劣化。

早瀨：制成圓柱型的重點(diǎn)是采用玻璃管。因?yàn)橹挥盟芰戏庋b的話，成本會(huì)升高。

考慮封裝方法時(shí)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(shí)現(xiàn)了內(nèi)部密封。而且，熒光燈是大量生產(chǎn)的。可謂是作為染料敏化太陽(yáng)能電池參考的不二之選。

2013年，我們?cè)谂Ｎ搽姍C(jī)的協(xié)助下，成功實(shí)現(xiàn)了圓柱型單元構(gòu)造的密封注）。我們開(kāi)發(fā)的圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池目前正在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。設(shè)置在實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的溫室內(nèi)，作為傳感器電源使用。圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池長(zhǎng)1m，豎著設(shè)置在溫室內(nèi)使用。太陽(yáng)能電池單元每個(gè)長(zhǎng)20cm左右，豎著連在一起形成了1m的長(zhǎng)度。

注）該成果是在日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）“以有機(jī)材料為基礎(chǔ)的新電子技術(shù)開(kāi)發(fā)”的研究課題中，作為“以靈活的浮動(dòng)電極為核心技術(shù)的新太陽(yáng)能電池領(lǐng)域開(kāi)拓”中的一環(huán)實(shí)現(xiàn)的。

——轉(zhuǎn)換效率有多少？

早瀨：還只有6％左右。光看數(shù)字覺(jué)得非常低吧。不過(guò)，從一天的總發(fā)電量來(lái)看，圓柱型的特點(diǎn)會(huì)起到作用。

圓柱型的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)電量幾乎不會(huì)隨著光的入射角度而變動(dòng)。從日出到日落，太陽(yáng)一天的位置變化很大，因此陽(yáng)光到達(dá)地上的角度也會(huì)變化。普通的平板型太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨著陽(yáng)光的入射角度而大幅變動(dòng)。平面型針對(duì)垂直方向光線的發(fā)電量比圓柱型高，但隨著陽(yáng)光的入射角度偏離垂直方向，發(fā)電量會(huì)大大降低，最終低于圓柱型。所以，從一天的總發(fā)電量來(lái)看，圓柱型要高于平面型。在9月份，估計(jì)圓柱型電池一天的總發(fā)電量是平板型的1.3倍。

上面說(shuō)的圓柱型與平板型的比較是以太陽(yáng)能電池水平設(shè)置這種普通的設(shè)置方法為前提。最近還出現(xiàn)了把太陽(yáng)能電池設(shè)置在墻壁等垂直面上的例子。在垂直面上設(shè)置太陽(yáng)能電池時(shí)，圓柱型與平板型一天的總發(fā)電量之差會(huì)擴(kuò)大。在9月份，估計(jì)圓柱型一天的總發(fā)電量是平板型的2倍。

九州工業(yè)大學(xué)研究生院生命體工學(xué)研究科教授早瀨修二的目標(biāo)是讓所有地方都能設(shè)置太陽(yáng)能電池，為此推進(jìn)了圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)。早瀨的研發(fā)小組在牛尾電機(jī)的協(xié)助下開(kāi)發(fā)的圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池目前正在農(nóng)場(chǎng)作為傳感器電源進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。本篇將介紹該電池在農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的目的、與圓柱型同步推進(jìn)的染料敏化太陽(yáng)能電池的高效率化方式，以及高效推進(jìn)研發(fā)的秘訣。（采訪人：大久保 聰，日經(jīng)BP半導(dǎo)體調(diào)查）

——圓柱型電池在設(shè)置方法上也與以往的太陽(yáng)能電池想法不一樣。

早瀨：制成圓柱型后，關(guān)于太陽(yáng)能電池設(shè)置的想法也會(huì)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(shè)置會(huì)變得簡(jiǎn)單。不僅可以削減施工費(fèi)，如果太陽(yáng)能電池劣化了，用戶能自己更換。

——圓柱型太陽(yáng)能電池的研發(fā)事例基本沒(méi)聽(tīng)到過(guò)。以前美國(guó)Solyndra公司利用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體推出過(guò)類似產(chǎn)品，但該公司2011年破產(chǎn)了。

早瀨：圓柱型產(chǎn)品的制造比平板型特殊，需要積累經(jīng)驗(yàn)。由于以前沒(méi)接觸過(guò)，所以很難立即就制造圓柱型。我的研發(fā)小組目前一直是用接近手工的方法制造。今后要確立量產(chǎn)技術(shù)。

——圓柱型有很多優(yōu)點(diǎn)。但在轉(zhuǎn)換效率上與硅類太陽(yáng)能電池還有很大差距，如果實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，要如何與之形成差異？

早瀨：太陽(yáng)能電池今后應(yīng)該會(huì)在很多場(chǎng)所得到采用。我認(rèn)為屆時(shí)會(huì)有圓柱型特有的用途。的確，在現(xiàn)在這樣的太陽(yáng)能電池用途中，轉(zhuǎn)換效率高、供貨業(yè)績(jī)突出的硅類太陽(yáng)能電池比較有優(yōu)勢(shì)。但不是所有陽(yáng)光能照到的地方都可以設(shè)置現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池。

圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池即使瞄準(zhǔn)利基市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模也幾乎是從零起步的。首先想讓企業(yè)使用樣品，以確立有前景的市場(chǎng)。

之前提到的設(shè)置在溫室內(nèi)的用途就是出于這種想法。為了在溫室內(nèi)高效栽培作物，今后應(yīng)該會(huì)設(shè)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(yīng)該會(huì)產(chǎn)生在溫室內(nèi)設(shè)置電源的需求。但在溫室內(nèi)，電源的設(shè)置面積不能占太大地方。因?yàn)樵跍厥抑性耘嗟淖魑锎蠖喽际歉郊又递^高的高價(jià)格產(chǎn)品，溫室內(nèi)要盡可能地?cái)U(kuò)大耕作面積。在這種情況下，可以垂直設(shè)置的圓柱型染料敏化太陽(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)就能發(fā)揮作用了。

——您的研發(fā)小組提出的研究方針是研發(fā)新材料、提高染料敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。請(qǐng)介紹一下這方面的研究情況。

早瀨：以前，染料敏化太陽(yáng)能電池使用的色素一直采用有機(jī)物，最近正在研究以鈣鈦礦類材料為色素的染料敏化太陽(yáng)能電池。這種材料混合了無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料。不使用電解液，為全固體型。

這種染料敏化太陽(yáng)能電池的特點(diǎn)是，有望實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。以前利用有機(jī)色素時(shí)，吸收的是波長(zhǎng)在800nm以下的光，而鈣鈦礦類材料能吸收1000nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，所以能相應(yīng)提高轉(zhuǎn)換效率。我的研發(fā)小組利用最大能吸收波長(zhǎng)1060nm的光的鈣鈦礦類材料色素，獲得了14.5％的轉(zhuǎn)換效率。我們的目標(biāo)是利用混合材料，開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)換效率為20％的染料敏化太陽(yáng)能電池。不過(guò)，由于材料內(nèi)含鉛（Pb），因此同時(shí)還想實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛化。

——采用鈣鈦礦類材料的染料敏化太陽(yáng)能電池是否能實(shí)現(xiàn)圓柱型？

早瀨：由于單元構(gòu)造與以前采用有機(jī)色素和電解液的染料敏化太陽(yáng)能電池不同，制造工藝也不同，因此很難立即應(yīng)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(kāi)拓太陽(yáng)能電池的新用途，并通過(guò)新材料進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)進(jìn)化，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目涉及的方面會(huì)很多。

早瀨：我利用了參加學(xué)會(huì)和研討會(huì)等演講會(huì)的機(jī)會(huì)。很多人聽(tīng)到我們研發(fā)小組的實(shí)踐后都會(huì)提供建議說(shuō)“我這里有這種材料，試一下？”。由此可以獲得我們沒(méi)注意到的信息，比如制造工藝和材料等。

用太陽(yáng)能電池開(kāi)拓新領(lǐng)域，就必須探索新材料。在這一點(diǎn)上，研發(fā)基地位于日本有很大的好處。日本企業(yè)的材料技術(shù)非常強(qiáng)大。海外的研發(fā)小組難以獲得的新材料在日本都能輕松入手?，F(xiàn)在我很期待參加2014年7月舉行“探討有機(jī)電子的下一個(gè)方向”研討會(huì)時(shí)，從與會(huì)人員那里獲得更多信息。