1980年代的大热门技术将转化为划时代的太阳能电池？

　　《日经电子》2011年10月17日号的专辑“太阳能电池生存之道”，介绍了在现有太阳能电池技术快速商品化的形势下，为在竞争中脱颖而出的以超高效率及超低成本为目标的太阳能电池技术群。比如，可将迄今最多只有30～40％的太阳能利用效率提高至几乎100％的技术，以及有望将目前100日元/W～200日元/W的太阳能电池模块制造成本大幅降至5日元/W或更低的技术等。尽管要走的路还很长，但如果能实现，则世界将为之改变。

　　实际上，作为其基础的理论及技术体系，目前正在逐步发展为不仅可开启太阳能电池，甚至还有电子技术新模式的技术体系。具有代表性的是名为“强关联电子体系”的材料群。或许很多人都是第一次听说这种体系，但其正在成为物性物理学中可与半导体相提并论的理论体系。

　　这里尝试尽可能直观地介绍一下该体系。此前许多数电子材料都是基于将原子排列的变化，即固体到液体再到气体的变化，以及其中电子等载流子（带电粒子）的流动视为“波”的技术体系。

　　笔者上大学时，《基特尔固体物理学导论》是物性物理学的经典教材。大学一年级课程最先学习的是半导体的基本状态“布洛赫状态”及能带理论。

　　然而，最近大学好像不再积极教授这些理论了。取而代之成为新经典的理论是“莫特绝缘态”及“莫特转变”等。

主角由“原子”及“电子波”变成“电子粒子”

　　估计有人也是第一次听说这种理论。新经典理论与以往的经典理论的最大区别在于如何看待电子。新理论将电子视为“粒子”而不是“波”。而且，从材料的状态变化考虑，电子也取代原子变成了主角。

　　此前，固体是原子或分子的固定排列而不会互相移动的材料状态，液体是原子或分子可在一定程度上自由变换位置的材料状态。而在以氧化物为主的材料群中，人们发现了不同条件下电子会表现得像固体或液体一样的材料。莫特绝缘态等是在解释、分析此类材料的过程中发展起来的理论，并由此衍生出了“电子晶体”、“电子液晶”及“电子液体”等词。当然，电流不能通过电子晶体，但能通过电子液体。将这一区别与原来的绝缘体、半导体及金属的区别相对应，人们正考虑将其用于多种用途。

　　这些以电子为主角的材料正是篇首提到的强关联电子体系材料。最近，相关论文以及将其用于新一代电子元件的研发实例均激增。

　　强关联电子体系材料的最大优势是，很可能会用于具有超越以往常识的超低功耗及高速响应等各种功能的元件。其原因是，与大而重的原子不同，尺寸及重量均小一个数量级的电子群，只需交换极少的能量就能发生相变（莫特转变）。弱磁场、弱电场、微小压力及微弱的光线等，均可代替以往引起材料相变的潜热而成为触发源。而且，还能以非常高的速度切换。

高温超导技术是源流

　　此类技术已开始了实用化。比如，松下马上要量产的“ReRAM”（可变电阻式存储器）等就是如此。

　　虽达不到强相关电子体系材料的水平，但很多近缘技术正在实用化。比如，采用强介电体及强磁性体的各种压电元件、MRAM（磁存储器）、PRAM（相变存储器）及FeRAM（强介电体存储器）等。

　　而且，因其发现而获得2010年诺贝尔物理学奖的二维碳材料石墨烯等，也是可称为强关联电子体系材料近亲的“拓扑绝缘体”材料群之一。可以说这些技术正作为新一代电子技术群不断逼近半导体。

　　顺便一提，其实这些材料的源流是1980年代曾经大热的高温超导材料。这是由于“莫特绝缘态等的研究体系是由高温超导研究人员建立的”（目前从事强关联电子体系材料的研究人员）。

　　目前有人指出，这种强关联电子体系材料有望对超高效率、超低成本的新一代太阳能电池作出贡献。而且已有研究人员采用强关联电子体系材料试制出了太阳能电池。

　　2010年全球太阳能电池市场规模为6.5万亿日元（美国Solarbuzz公司），仅日本国内就达到了6553亿日元（矢野经济研究所）。预计该市场今后会进一步扩大，可以说太阳能电池技术将会引领全球的研究及市场。

　　如果研究费投入集中的太阳能电池能够取得成果，就能加快太阳能电池以外的其他领域的研究及应用速度。比如，有的研究人员的目标是实现远远超过室温的400K（约127℃）超导技术。这意味着高温超导研究撒下的种子有望转化为划时代的太阳能电池，并重新使高温超导技术全面开花结果。（记者：野泽 哲生，《日经电子》）