科學研究 - 「串聯型」疊加太陽能電池，效率達23%超過硅

製造太陽能電池的初創企業PXP（相模原市）將2個太陽能電池串聯疊加在一起形成「串聯型」太陽能電池，成功地將能量轉換效率提高至23%。使用該技術，讓作爲下一代太陽能電池而備受關注的「鈣鈦礦型」與化合物系太陽能電池相結合，實施了超過市售的硅型太陽能電池的指標。PXP的目標是在2020年代後半期實施商用化。

PXP開發了將鈣鈦礦型太陽能電池和化合物系太陽能電池串聯疊加的太陽能電池（供圖：PXP）

鈣鈦礦型太陽能電池與目前市售的矽太陽能電池相比，重量不到後者的十分之一。非常輕薄且可以彎曲。因其可以安裝在建築物的花粉外壁等以前無法安裝的地方，因此儘管在耐久性和壽命等方面還存在課題，預計仍有很大需求。

在此背景下，將鈣鈦礦型與其他的太陽能電池疊加在一起，以提高太陽光轉化爲電能的效率的串聯型太陽能電池的研究正在火熱展開。不同種類的太陽能電池，吸收的光波長也有所不同，如果將不同類型的太陽能電池疊加在一起，則可以吸收各個波段的光，從而提高能量轉換效率。

由日本出光興產的子公司Solar Frontier前社長龜田繁明於2020年創立的PXP結合使用銅、銦、硒等的CIGS系和鈣鈦礦型太陽能電池。CIGS系太陽能電池是化合物系半導體電池的一種，由於其發電層非常薄，因此可以彎曲。此外，即使在高溫環境下或處於陰影處時，發電效率也不易下降。

PXP將着手生產CIGS系大面積太陽能電池（供圖：PXP）

試製品的轉化效率達到了23.6%。即使將2個發電層疊加在一起，重量也很輕且可以彎曲。今後的目標是將這一數值提高到28%左右。

預計這種太陽能電池可應用於汽車車頂、無人航空載具、人造人造衛星等的動力源。PXP的目標是首先將CIGS系太陽能電池投入實際應用，並在2020年代後半期實施串聯型太陽能電池的商用化。

在串聯型太陽能電池中，大都是將鈣鈦礦型和硅型重疊使用的研究。目前，市售硅型太陽能電池的轉化效率約爲20%。透過在矽太陽能電池層上疊加鈣鈦礦型可大幅提高效率。中國太陽能電池製造商隆基綠能（LONGi）利用實驗室規模的小型太陽能電池實施了33.9%的轉化效率。理論上這種重疊太陽能電池的轉化效率可達40%以上。

人們期待與硅型疊加實施高轉化效率的大面積太陽能電池。目前，有用高性能太陽能電池更換硅型太陽能電池的需求，哪怕是價格有所增加。此外，由於使用玻璃基底層，因此預計比粘貼在牆壁上的薄膜基底層鈣鈦礦型更具耐久性。

在實際應用方面，海外企業處於領先地位。以鈣鈦礦型太陽能電池聞名的牛津大學教授亨利·斯奈斯（Henry Snaith）創立的英國初創企業「Oxford PV」計劃在2024年下半年投入實際使用。2023年5月，利用串聯型太陽能電池模組實施了28.6%的效率。

此外，韓國的韓華新能源（Hanwha Q CELLS）公司建設了生產串聯型太陽能電池的工廠，預計於2024年底投入營運，2026年後實施商業化。在日本，鍾化（KANEKA）公司在小面積電池上取得了接近30%的成果。

單獨的鈣鈦礦型在實驗室水平達到超過26%的效率，與硅型相當。然而，大型化後，在效率和耐久性方面還需要進一步的改進。透過建立串聯型，有望同時解決兩種類型的課題。預期可用於多種用途的下一代太陽能電池並非只有一種類型，而是與各自的特性相結合的多種類型得到普及。