被公认为新一代太阳能电池的色素增感型太阳能电池，其相关研发正如火如荼地展开。性能得到大幅提高的元件相继发表，解决低耐久性问题的材料开发，以及前所未有的新结构及新形状也接连不断地被提出。色素增感型太阳能电池优点突出，不仅能够以低成本进行制造，而且还可实现各种颜色。因此，家电厂商也在积极开发，2008年索尼宣布单元转换效率达到了10.1％，之后，松下电工也于2009年春季表示，“在室内用途方面，前景比硅型太阳能电池更为看好”。
实现15～16％的效率已为时不远
色素增感型太阳能电池由感光色素、氧化钛以及含有碘等的电解液构成。瑞士大学洛桑联邦理工学院（Ecole Polytechnique Federale deLausanne，EPFL）教授Michael Graetzel于1991年发表了转换效率为7.12％的单元，相关研发由此全面展开。Graetzel在2009年春季于东京大学举行的“革新性太阳能发电国际研讨会”上宣称，“2008年12月实现了12.3％的转换效率”。转换效率突破10％大关是在1992年，之后过了大约13年才超过了11％。此次超过12％是2008年的3年后的研究成果，性能提高的速度重新开始加快。
另外，采用多种色素的双结及三结型太阳能电池的开发也在不断推进，可以说实现15～16％的转换效率已为时不远。
漏液问题有望通过粘土得以解决
截止目前，色素增感型太阳能电池的最大难点与其说是非转换效率，不如说是耐久性。耐久性方面最近也取得了重大进展。
东京大学尖端科学技术研究中心教授濑川浩司和专职副教授内田聪的研究小组开发出了一种新技术，即使在电解液中添加粘土实现凝胶化（固体状），转换效率也不会下降（图1）注1）。该研究小组利用该技术试制了面积为0.16cm2的单元，实现了9.9％的转换效率，与使用原来的电解液时达到的10.1％相比，几乎没有区别。
图1：混有粘土的电解质使电流增加具备静置时凝胶化，而摇动时溶胶化的“触变性”的粘土（a）。使用该粘土的凝胶状电解质的色素增感型太阳能电池的I-V特性（b）。与使用普通电解液时相比，电流得到增加。照片及图形由东京大学内田研究室提供。(点击放大)
以前，色素增感型太阳能电池也被称为“湿式太阳能电池”，在太阳能电池技术中，是唯一担心出现“漏液”的方式。采用这种方式时，电解液一旦泄漏，氧化钛就会分解色素，从而丧失发电功能。为了不发生漏液，业内过去也曾有过电解液凝胶化的尝试，但却出现了电阻增大，转换效率下降的问题。而此次的凝胶状电解质则不同，电阻反而降低，使电流有所增加。“这就是电解液凝胶化技术的最新版，对此我们十分自信”（内田）。
粘土是仿照被称为“膨润土”的火山灰粘土合成而来。具体而言，就是用约1nm厚的板状分子层状重叠后，再由此形成大的簇群，从而获得了“触变性”特点。“触变性”是一种施加振动及压力时就会溶胶化（液状），而静置时数分钟即可返回凝胶状的特性。由于采用的是多间隙结构，因此水分及离子可在分子间轻松穿过。估计就是这种特性促进了电阻的降低。
发电光纤也已面市
最近的太阳能电池，无论是哪种方式，都出现了将可视光和红外线一同用于光电转换，由此来提高转换效率的开发趋势。不过，这种做法存在一个很大的难点。这就是透明电极。
以前，太阳能电池一直采用将两个电极中的一个制成透明状，并向色素及半导体照射光线的方法。不过，ITO及FTO等透明电极尽管在可视光区域拥有较高透射率，但在红外线区域就会出现透射率下降的现象。
为了解决这一问题，九州工业大学生命体工学研究系教授早濑修二的研究小组开发出了不使用透明电极的太阳能电池——玻璃纤维状的色素增感型太阳能电池（图2）注2）。
图2：使光在光纤中穿过来发电九州工业大学教授早濑的研究小组试制的纤维状太阳能电池的结构（a），以及在该纤维上涂布两种色素制成双结（串联）型太阳能电池的示例（b）。设想利用透镜等聚光器将光导入光纤。（a）根据该研究小组的公开资料制成。（b）由该研究小组提供。(点击放大)
该太阳能电池采用的方法是：使导入光纤的光在碰到光纤内壁后折射的部分被色素吸收，然后转换成电力。由于是不使用透明电极而直接向色素照射光，因此有望提高红外线的利用率。
就目前的转换效率而言，使用一种色素的产品“暂时还只有1％”（早濑）。不过，这是纤维直径达到9mm，而长度仅为数cm时的数值，因此“导入光纤的光有9成以上直接跑掉了。假如可以有效利用光，转换效率会相当高”（早濑）。光的有效利用有望通过减细并加长光纤等手段来实现。
早濑的研究小组还试制了使用多种色素的双结（串联）型及并联型元件，并对基本功能进行了确认。“通过改变色素的涂布面积，便可调节电流量，因此可轻松实现高效率化所不可缺少的电流匹配”（该研究小组）。而且，对于充分利用红外线这一原本的目的，“也可通过涂布多种色素来实现”（该研究小组）。 （记者：野泽 哲生）
注1） 在2009年3月底举行的“日本化学会第89春季会”及“电气化学会第76届春季年会”上发表。
注2） 在日本化学会第89春季会及“第56届应用物理学相关联合演讲会”上发表。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/200908/13/5645.html
