东大等开发的用太阳能电池充电的LED灯

　　日本东京大学尖端科学技术研究中心教授濑川浩司的研发小组及其合作厂商，用色素增感型太阳能电池（DSSC：dye-sensitized solar cell）、LED及镍氢充电电池，制做了100盏便携灯，并从2011年5月起在东日本大地震灾区的两个地点发放使用。“DSSC在日本量产，并在社会中发挥作用此为首次”（东大特聘副教授内田聪）。
　　此次制做的便携灯是将濑川研究室的合作研究伙伴厂商自主开发的手掌大小色素增感型太阳能电池板、用手按压发光部即可点亮的市售LED灯以及蓄电池（图1）相组合制成的。蓄电池使用两节5号镍氢充电电池。电池无需更换，只需白天照射阳光，色素增感型太阳能电池即可将蓄电池充满，“可以使LED连续点亮约20个小时”（濑川）。
 

地震后1个月内制做了100盏
　　濑川研究室的成员内田的家乡在日本的东北地区，在地震刚过的2011年3月14日，濑川就提出了“能不能用色素增感型太阳能电池为灾区做点什么”的建议。合作厂商也积极响应，随即开始了便携灯的开发。便携灯在约1个月的时间内制成了100盏，于5月3日运往灾区免费发放使用。
　　发放便携灯的地点是海啸受灾严重的宫城县仙台市若林区和石卷市的两处避难所。每处各为50台。“发放地点是有200人左右的避难所，考虑到发放使用后的维护，通过现场视察，选择了通车的地方”（内田）。
　　直到发放之前，内田心中都在担心“这盏灯能有多大的用处”。但这不过是杞人忧天，便携灯给当地的人们带来的喜悦大大超出了内田的预料。
　　在发放之时，因为避难所大多是学校的体育馆，所以夜间照明一直令灾民头痛。如果不打开天花板的照明，室内就漆黑一片举步艰难，但开灯，则会一片灯火通明，把已经睡着的人惊醒。晚上一有人上厕所就会打开天花板的照明，避难者无法难得到充分休息。而且，因为厕所是在避难所外面临时设置，踏出避难所又是漆黑一片。所以只能摸黑前往。临时厕所里也没有灯。
　　有了便携灯之后，这些问题迎刃而解。避难所里天花板的照明可不再频繁地开关，通往临时厕所的通道和厕所里则亮起了灯光（图2，图3，图4）。这实在令灾民感到高兴。“作为一种生活必需品，灾民们选出了专人来负责日常的管理和白天的充电工作”（内田）。
 

　　随着若林区的避难所在7月初关闭，内田等人回收了发放的便携灯。从发放到回收，使用的时间大约是2个月。而石卷市的避难所至今仍在使用这种小型灯。
实用化就在眼前的色素增感型太阳能电池
　太阳能电池之所以使用色素增感型太阳能电池，首先是因为这种电池是濑川研究室的研究课题，而且在技术上也比较适合此次的用途。具体来说，（1）色素增感型太阳能电池与其他众多太阳能电池不同，输出电压不易受光量增减的影响，（2）因为输出电压的变化小，所以为蓄电池充电时无需升压电路，可以简化电路设计。
　　一般来说，硅类等利用半导体PN结的太阳能电池在照射大光量的强光时，会高密度产生电子等带电粒子，使得效率增加，因此也常用于集光式太阳能电池。另一方面，在照射弱光时，因为输出电压本身降低，如果没有电荷泵等升压电路，产生的电力就难以利用。
　　与之相比，色素增感型太阳能电池的输出电压不太依赖于光量，即使是在光量小的阴天，也能产生的电力。此次的便携灯没有使用升压电路，而只是采用了关灯后随即开始充电的简单电路。“即使是阴天，只要白天一直在充电，电力也足够使用一个晚上”（濑川）。
　　此前困扰色素增感型太阳能电池的课题其解决也有了眉目。其中之一便是耐久性的问题。色素增感型太阳能电池容易发生漏液，这对于重视耐久性的太阳能电池是致命缺点。但在最近，涌现出很多高耐久性的试制品，耐久性加速试验证实，其中某些甚至有望在室外使用15年以上。“此次的小型灯同样耐用，在灾区使用的2个月内，色素增感型太阳能电池也完全没有出现故障”（濑川）。倒是有2例LED部分的故障。
　　另一个课题是转换效率。对于色素增感型太阳能电池，微小单元转换效率的优异数据虽然高达12％以上。但具有一定面积的模块的转换效率却一直很低，1～2％甚至更低的情况也为数不少。不过，此次小型灯使用的DSSC电池板的转换效率“虽未详细测定，但应该有5～8％”。
　　而且，濑川研究室最近自主开发出了新色素，该色素可以利用传统色素几乎无法利用的波长在800nm以上的红外区域的光。并已确认了利用这种色素的串联单元的转换效率达到了11.3％。据称，今后通过优化电流和电压，转换效率还有望进一步提高。
　　顺便一提，虽然相关人士对开发的便携灯持有“上市后很可能畅销”的看法。但开发厂商目前还没有这个打算。即便如此，此次便携灯在灾区所发挥的效用则确实令研究开发相关人士信心大增。（记者：野泽哲生）