日本的產業技術綜合研究所（以下簡稱：產綜研）與日本精化公司共同開發出了可提高「鈣鈦礦型」新一代太陽能電池發電效率的材料。使用該材料無需添加以往所需的添加劑也能獲得高發電效率，從而提高了耐久性。雙方計劃以2030年前後普及爲目標，使得鈣鈦礦太陽能電池的壽命達到能延長至20年的實用水平。
利用新開發的電洞傳輸材料試製的鈣鈦礦太陽能電池（供圖：產綜研）
鈣鈦礦太陽能電池的優勢是可以透過塗布溶液或印刷等低成本方法製造。與目前主流的硅基太陽能電池相比可以做得更薄，並且耐彎曲，能覆蓋在曲面上設置，增加了使用地點的靈活性。
提高發電效率的關鍵是傳輸鈣鈦礦晶體產生的電子和帶正電的電洞的「傳輸層」材料。如果能設法使電子和電洞的獲取變得更容易，就可以提高將光轉換爲電力的光電轉化效率。
其中，電洞傳輸層大多使用有機材料，因爲光電轉化效率高於無機材料。另外，還透過添加鋰鹽等添加劑使電洞更易於行程。然而，這些添加劑具有吸濕性，容易導致鈣鈦礦晶體劣化，降低耐久性。
因此，開發團隊爲了在不使用添加劑的情況下獲得高光電轉化效率，重新研究了電洞傳輸材料的分子結構。將之前的有機材料中所含的甲氧基置換爲二甲胺基，並導入了氰基。
透過結合向分子内運送電子的二甲胺基和試圖從分子内引出電子的氰基，傳輸材料更容易獲取電洞。由此可以提高光電轉化效率。
開發團隊將新開發的材料與可以利用印刷法製造的鈣鈦礦相結合，試製了太陽能電池，應答光電轉化效率達到16.3％，比使用常規有機材料時高出30％。當與其他鈣鈦礦結合時，效率提高至18.7％。
它的耐久性也很出色。在85℃的溫度下實施耐熱測試應答，高光電轉化效率可以維持1000小時以上。含添加劑的常規材料加熱後約150個小時就開始劣化。由於可以將膜厚減薄至30～50奈米（奈米爲10億分之1米），還有助於削減製造成本。
產綜研零排放國際聯合研究中心有機太陽能電池研究團隊的村上拓郎組長表示：「我們的目標是在2030年前後用鈣鈦礦型取代現有的太陽能電池」。在各處的研究中，光電轉化效率最高已經提高至25％左右，剩下的課題是改善長期耐久性。
原文：松元則雄、《日經產業新聞》，2022/4/25
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
