載流子的激發(fā)成為課題

        當(dāng)然，利用強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料實(shí)現(xiàn)太陽能電池還面臨著諸多課題。目前，理研十倉團(tuán)隊(duì)主要開展的是在數(shù)十K以下的極低溫實(shí)驗(yàn)。MCG雖然已經(jīng)得到確認(rèn)，但還沒有成功地在不加載外部電壓的情況下利用1個(gè)光子使電極釋放出多個(gè)電子。理研川崎表示：“還不到談具體轉(zhuǎn)換效率目標(biāo)的階段。”

        眼下最大的課題是開發(fā)載流子激發(fā)技術(shù)。因?yàn)閺?qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料本身不具備分離電子與空穴的機(jī)理，所以需要相應(yīng)的調(diào)整。另一方面，在半導(dǎo)體材料太陽能電池中，p-n結(jié)同時(shí)擔(dān)負(fù)著生成和分離電子—空穴對(duì)的職責(zé)。

        因此，川崎等人為了使電子與空穴分離，決定部分采取半導(dǎo)體p-n結(jié)的機(jī)制。川崎且干勁十足地表示：“我們目前正在著手開發(fā)帶結(jié)構(gòu)。希望在1～2年內(nèi)證明1個(gè)光子能夠激發(fā)出2個(gè)以上的電子。”

能否實(shí)現(xiàn)幾日元/W的太陽能電池 ？

        以開發(fā)使用強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料的太陽能電池為目標(biāo)的不只是理研。岡山大學(xué)研究生院自然科學(xué)研究系尖端基礎(chǔ)科學(xué)專業(yè)教授池田直的研究組正在著手研究利用在某種氧化鐵中添加稀土類元素（R）的鐵電體材料RFe₂O₄，開發(fā)制造時(shí)材料成本非常低的太陽能電池（圖6）^（注4）。

圖6：能否利用氧化鐵實(shí)現(xiàn)低價(jià)格太陽能電池 上圖表示了岡山大學(xué)池田研究室開發(fā)的屬于氧化鐵強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料“RFe2O4”的光電轉(zhuǎn)換原理（a），和實(shí)際試制的太陽能電池單元（b）。設(shè)想采用卷對(duì)卷方式進(jìn)行量產(chǎn)。單從材料費(fèi)來看，甚至可以實(shí)現(xiàn)5日元/W極低的制造成本。

（注4）介電常數(shù)為5000～10萬。材料沒有正式名稱，但已經(jīng)注冊(cè)了“綠色鐵氧體”的商標(biāo)。

        這種材料與理研開發(fā)的材料一樣，是電子排列會(huì)在能量約為0.3eV的光線的激發(fā)下發(fā)生變化，使導(dǎo)電性大幅下降的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料^（注5）。池田于2005年使用加速器“SPring-8”發(fā)現(xiàn)，RFe₂O₄在室溫下也具有這種性質(zhì)。池田研發(fā)組從2008年起接受新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助，最近又接受倍樂生控股的支援，正在致力于開發(fā)太陽能電池。

(注5）在RFe₂O₄之中，由Fe離子組成的三角形層狀重疊。Fe離子中Fe²⁺和Fe³⁺混雜，其數(shù)量和配置隨電子分布變化，因此能夠形成各種能量狀態(tài)。在“基底狀態(tài)”下是絕緣體，但照射0.3eV以上的光線后會(huì)發(fā)生躍遷，成為金屬性。

        已經(jīng)試制出了若干種元件。這些元件的光吸收系數(shù)是公認(rèn)較高的CIS類太陽能電池的好幾倍，在中紅外區(qū)域附近也相當(dāng)高。作為太陽能電池的輸出功率雖低，但也可以檢測到。

        與理研一樣，MCG雖然還在驗(yàn)證階段，但池田表示：“與追逐超高效率相比，只要轉(zhuǎn)換效率超過10％就足以令人滿意，總而言之，我們希望開發(fā)出低成本的太陽能電池。”按照池田的計(jì)算，因?yàn)椴牧洗蟛糠质茄趸F，所以R使用釔（Y）時(shí)，材料費(fèi)只需500日元/m²。而且設(shè)想是使用卷對(duì)卷和噴涂方法，以低成本進(jìn)行批量生產(chǎn)^（注6）。

（注6）這種噴涂方法是指產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所明渡純開發(fā)的“氣溶膠沉積（AD）法”。（記者：河合 基伸、野澤 哲生、Phil Keys ＝硅谷支局）