“在任何地方都能发电”，圆柱型染料敏化太阳能电池

自2012年日本实施太阳能发电固定价格收购制度以来，日本的太阳能电池导入量大幅增加。以前太阳能电池主要是在住宅的房顶上设置，而最近以百万瓦级光伏电站为代表，在大面积的平地等设置太阳能电池的事例越来越多。虽然太阳能电池的设置方式发生了变化，但也有没变的地方。比如，太阳能电池依然是平板型。

把太阳能电池的形状变成圆柱形，提高太阳能电池设置自由度，这是研发染料敏化太阳能电池的九州工业大学研究生院生命体工学研究科教授早濑修二提出来的。这种电池可以垂直设置，能合理利用空间。记者就圆柱型染料敏化太阳能电池的优点和研究目的，采访了早濑。（采访人：大久保 聪，日经BP半导体调查）


——染料敏化太阳能电池的研发目的是什么？

早濑：从今后的供电情况来看，需要增加可再生能源、尤其是太阳能电池的使用。采用硅（Si）等无机半导体的太阳能电池需要在高温下进行结晶生长，要使用真空装置等，因此制造成本必然会升高。这样就很难在所有的地方都普及太阳能电池。要想实现普及，需要成本更低，而且转换效率高的太阳能电池。

我研究的染料敏化太阳能电池的特点是，能用涂布工艺制造，可以降低制造成本。材料成本也很有可能降低，而且有望实现高转换效率。

——您的研发小组研究圆柱型染料敏化太阳能电池，在形状方面很有特点。

早濑：我的研发小组有两个研究方针。一是研发新材料，提高染料敏化太阳能电池的转换效率。二是探索使用染料敏化太阳能电池的最佳形状。圆柱型染料敏化太阳能电池是在第二个研究方针下开发出来的。

为扩大染料敏化太阳能电池的应用，我的着眼点是太阳能电池单元的封装构造。利用涂布工艺以较低温度制造染料敏化太阳能电池虽然有望降低制造成本，但材料的稳定性还有问题。由于是用涂布法制造，要先把材料溶到液体中。涂布这种材料制成的膜对水和氧的耐性往往较弱，会导致染料敏化太阳能电池的性能劣化。因此，防止水和氧进入太阳能电池单元内的封装非常重要。

虽然有好几种封装方法，但如果采用以往的对策，染料敏化太阳能电池的制造成本就会随之上升，这是个难点。作为方法简单而且能以低成本防止水和氧进入的方法，我开发出了圆柱型染料敏化太阳能电池。

——圆柱型的平面只有圆柱的两端。与常用的平板型相比，太阳能电池单元的平面面积确实减小了。能减少水和氧从平面进入太阳能电池单元内的源头，所以才不容易劣化。

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早濑：制成圆柱型的重点是采用玻璃管。因为只用塑料封装的话，成本会升高。

考虑封装方法时很大程度上参考了荧光灯。荧光灯利用玻璃管和金属等材料，用很低的成本实现了内部密封。而且，荧光灯是大量生产的。可谓是作为染料敏化太阳能电池参考的不二之选。

2013年，我们在牛尾电机的协助下，成功实现了圆柱型单元构造的密封注）。我们开发的圆柱型染料敏化太阳能电池目前正在实施现场试验。设置在实验农场的温室内，作为传感器电源使用。圆柱型染料敏化太阳能电池长1m，竖着设置在温室内使用。太阳能电池单元每个长20cm左右，竖着连在一起形成了1m的长度。

注）该成果是在日本科学技术振兴机构（JST）“以有机材料为基础的新电子技术开发”的研究课题中，作为“以灵活的浮动电极为核心技术的新太阳能电池领域开拓”中的一环实现的。

——转换效率有多少？

早濑：还只有6％左右。光看数字觉得非常低吧。不过，从一天的总发电量来看，圆柱型的特点会起到作用。

圆柱型的优点是，发电量几乎不会随着光的入射角度而变动。从日出到日落，太阳一天的位置变化很大，因此阳光到达地上的角度也会变化。普通的平板型太阳能电池的转换效率会随着阳光的入射角度而大幅变动。平面型针对垂直方向光线的发电量比圆柱型高，但随着阳光的入射角度偏离垂直方向，发电量会大大降低，最终低于圆柱型。所以，从一天的总发电量来看，圆柱型要高于平面型。在9月份，估计圆柱型电池一天的总发电量是平板型的1.3倍。

上面说的圆柱型与平板型的比较是以太阳能电池水平设置这种普通的设置方法为前提。最近还出现了把太阳能电池设置在墙壁等垂直面上的例子。在垂直面上设置太阳能电池时，圆柱型与平板型一天的总发电量之差会扩大。在9月份，估计圆柱型一天的总发电量是平板型的2倍。