「裝在哪裡都能發電」 ——圓柱型染料敏化太陽能電池(上)

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把太陽能電池做成圓柱形，以提高太陽能電池設置自由度，這是研發染料敏化太陽能電池的九州工業大學研究生院生命體工學研究科教授早瀨修二提出來的。這種電池可以垂直設置，能合理利用空間。記者就圓柱型染料敏化太陽能電池的優點和研究目的，採訪了早瀨。

九州工業大學研究生院生命體工學研究科長、教授早瀨修二

——染料敏化太陽能電池的研發目的是什麼？

圓柱型染料敏化太陽能電池的構造（圖：九州工業大學）

早瀨：從今後的供電情況來看，需要增加可再生能源、尤其是太陽能電池的使用。採用矽（Si）等無機半導體的太陽能電池需要在高溫下進行結晶生長，要使用真空裝置等，因此製造成本必然會升高。這樣就很難在所有的地方都普及。普及需要成本更低且轉換效率高的太陽能電池。

我研究的染料敏化太陽能電池的特點是，能用塗布工藝製造，可以降低製造成本。材料成本也很有可能降低，而且有望實現高轉換效率。

——您的研發小組研究圓柱型染料敏化太陽能電池，形狀上很有特點。

早瀨：我的研發小組有兩個研究方針。一是研發新材料，提高染料敏化太陽能電池的轉換效率。二是探索使用染料敏化太陽能電池的最佳形狀。圓柱型染料敏化太陽能電池是在第二個研究方針下開發的。

為擴大染料敏化太陽能電池的應用，我的著眼點是太陽能電池單元的封裝構造。利用塗布工藝以較低溫度製造染料敏化太陽能電池雖然有望降低製造成本，但材料的穩定性還有問題。由於是用塗布法製造，要先把材料溶到液體中。塗布這種材料製成的膜對水和氧的耐性往往較弱，會導致染料敏化太陽能電池的性能劣化。因此，防止水和氧進入太陽能電池單元內的封裝非常重要。

雖然有好幾種封裝方法，但如果採用以往的方法，染料敏化太陽能電池的製造成本就會隨之上升，這是個難點。作為方法簡單而且能以低成本防止水和氧進入的方法，我們開發了圓柱型染料敏化太陽能電池。

——圓柱型的平面只有圓柱的兩端。與常用的平板型相比，太陽能電池單元的平面面積確實減小了。能減少水和氧從平面進入太陽能電池單元內的源頭，所以才不容易劣化。

早瀨：製成圓柱型的重點是採用玻璃管。因為只用塑料封裝的話，成本會升高。

考慮封裝方法時很大程度上參考了螢光燈。螢光燈利用玻璃管和金屬等材料，用很低的成本實現了密封。而且，螢光燈是大量生產的。可謂是染料敏化太陽能電池的極佳參考。

2013年，我們在牛尾電機的協助下，成功實現了圓柱型單元構造的密封注）。目前圓柱型染料敏化太陽能電池正在實施現場試驗。設置在實驗農場的溫室內，作為傳感器電源使用。圓柱型染料敏化太陽能電池長1m，豎著設置在溫室內。太陽能電池單元每個長20cm左右，豎著連在一起形成了1m的長度。

注）該成果是在日本科學技術振興機構（JST）「以有機材料為基礎的新電子技術開發」的研究課題中，作為「以靈活的浮動電極為核心技術的新太陽能電池領域開拓」中的一環實現的。

——轉換效率有多少？

早瀨：還只有6％左右。看數字覺得很低吧。不過，從一天的總發電量來看，圓柱型的特點會起到作用。

圓柱型的優點是，發電量幾乎不會隨著光的入射角度而變動。從日出到日落，太陽一天的位置變化很大，因此陽光到達地上的角度也會變化。普通的平板型太陽能電池的轉換效率會隨著陽光的入射角度而大幅變動。平面型當光線為垂直方向時發電量比圓柱型高，但隨著陽光的入射角度偏離垂直方向，發電量會大大降低，最終會低於圓柱型。結果是，一天的總發電量，圓柱型要高於平面型。9月份，估計圓柱型電池一天的總發電量是平板型的1.3倍。

上面說的圓柱型與平板型的比較，是就將太陽能電池設置成普通的水平方向而言的。最近有了把太陽能電池設置在牆壁等垂直面上的例子。在垂直面上設置太陽能電池時，圓柱型與平板型一天的總發電量之差會擴大。9月份，估計圓柱型一天的總發電量會是平板型的2倍。（作者：大久保 聰，日經技術在線！供稿）