【太阳能电池的技术革命（3）】课题攻关确定方向，开发新材料实现超低成本

载流子的激发成为课题

        当然，利用强关联电子体系材料实现太阳能电池还面临着诸多课题。目前，理研十仓团队主要开展的是在数十K以下的极低温实验。MCG虽然已经得到确认，但还没有成功地在不加载外部电压的情况下利用1个光子使电极释放出多个电子。理研川崎表示：“还不到谈具体转换效率目标的阶段。”

        眼下最大的课题是开发载流子激发技术。因为强关联电子体系材料本身不具备分离电子与空穴的机理，所以需要相应的调整。另一方面，在半导体材料太阳能电池中，p-n结同时担负着生成和分离电子—空穴对的职责。

        因此，川崎等人为了使电子与空穴分离，决定部分采取半导体p-n结的机制。川崎且干劲十足地表示：“我们目前正在着手开发带结构。希望在1～2年内证明1个光子能够激发出2个以上的电子。”

能否实现几日元/W的太阳能电池 ？

        以开发使用强关联电子体系材料的太阳能电池为目标的不只是理研。冈山大学研究生院自然科学研究系尖端基础科学专业教授池田直的研究组正在着手研究利用在某种氧化铁中添加稀土类元素（R）的铁电体材料RFe₂O₄，开发制造时材料成本非常低的太阳能电池（图6）^（注4）。

图6：能否利用氧化铁实现低价格太阳能电池 上图表示了冈山大学池田研究室开发的属于氧化铁强关联电子体系材料“RFe2O4”的光电转换原理（a），和实际试制的太阳能电池单元（b）。设想采用卷对卷方式进行量产。单从材料费来看，甚至可以实现5日元/W极低的制造成本。

（注4）介电常数为5000～10万。材料没有正式名称，但已经注册了“绿色铁氧体”的商标。

        这种材料与理研开发的材料一样，是电子排列会在能量约为0.3eV的光线的激发下发生变化，使导电性大幅下降的强关联电子体系材料^（注5）。池田于2005年使用加速器“SPring-8”发现，RFe₂O₄在室温下也具有这种性质。池田研发组从2008年起接受新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的经费补助，最近又接受倍乐生控股的支援，正在致力于开发太阳能电池。

(注5）在RFe₂O₄之中，由Fe离子组成的三角形层状重叠。Fe离子中Fe²⁺和Fe³⁺混杂，其数量和配置随电子分布变化，因此能够形成各种能量状态。在“基底状态”下是绝缘体，但照射0.3eV以上的光线后会发生跃迁，成为金属性。

        已经试制出了若干种元件。这些元件的光吸收系数是公认较高的CIS类太阳能电池的好几倍，在中红外区域附近也相当高。作为太阳能电池的输出功率虽低，但也可以检测到。

        与理研一样，MCG虽然还在验证阶段，但池田表示：“与追逐超高效率相比，只要转换效率超过10％就足以令人满意，总而言之，我们希望开发出低成本的太阳能电池。”按照池田的计算，因为材料大部分是氧化铁，所以R使用钇（Y）时，材料费只需500日元/m²。而且设想是使用卷对卷和喷涂方法，以低成本进行批量生产^（注6）。

（注6）这种喷涂方法是指产业技术综合研究所明渡纯开发的“气溶胶沉积（AD）法”。（记者：河合 基伸、野泽 哲生、Phil Keys ＝硅谷支局）