為實現超高效太陽能電池，大刀闊斧地減少太陽能電池損耗的技術開發已全面展開。針對的是在太陽能電池損耗中占最大比例的傳輸損耗和量子損耗（圖4）。

 
圖4：克服兩大損耗太陽能電池的損耗中，傳輸損耗和量子損耗占有很大比例。為實現超高效率，需要克服這些損耗的技術。由《日經微器件》根據各種資料和采訪制成。

　　減少傳輸損耗的有效方法是控制帶隙以利用大范圍波長的光線。為減少量子損耗，將采用新原理，防止能量變成熱量而散失。不過，減少量子損耗的新原理只停留在效果驗證階段。因此，目前正先行開發減少傳輸損耗的帶隙控制技術。

　　帶隙的主要控制方法有（1）利用量子效應的量子點型，（2）采用GaAs等的化合物多結型，（3）采用多種薄膜的薄膜多結型。

以硅類材料實現量子點型

　　（1）要實現量子點型，有“串聯方式”和“中間能帶方式”兩種方法。串聯方式層疊多層通過改變量子點直徑控制了帶隙的量子點層，使用大范圍波長的光線。

　　日本東北大學教授寒川誠二的研究組針對串聯方式，開發出了能夠控制間隔以配置大小均勻的量子點的方法（圖5）。這樣，能夠提高量子尺寸效應。通過蝕刻把自組裝膜加工到掩模上得以實現。太陽能電池研究人員之間普遍認為蝕刻部出現缺陷容易造成載流子消失，對蝕刻均有抵觸情緒。而寒川卻使用自主的中性粒子束抑制了缺陷的增加。

 
圖5：通過蝕刻形成量子點將蛋白質蝕刻到掩模上形成了量子點。還確認了隧道電流。照片由東北大學提供。圖是《日經微器件》根據東北大學的資料制成。

利用中間能帶方式實現脫As

　　中間能帶方式則采用因量子點之間發生的電子耦合而在帶隙中間形成的中間能帶。由于產生了載流子通過中間能帶的新路徑，所以提高了轉換效率。

　　東京大學副教授岡田至崇利用中間能帶方式將轉換效率由2007年的8.54％迅速提高到了2009年的16.12％（圖6）。將（001）底板換成（311）底板以將量子點密度增至2倍，同時調整了太陽能電池單元的電極和防反射膜，這起到了作用。今后的目標是2015年達到25％，2030年達到40％。

圖6：2015年以后將超過結晶硅中間能帶方式的量子點型，轉換效率逐漸提高。預計2030年達到40％。照片由東京大學提供。圖為《日經微器件》根據東京大學的資料制成。

　　岡田采用的是層疊膜時能夠自組形成量子點的方法。在使晶格常數比底板大的不同材料結晶成長時，會引起三維島生長，能夠自己形成量子點。但這樣一來，應變能累積，為了予以緩和，量子點逐漸增大。為防止這種情況，將插入產生與量子點方向相反的晶格應變的應變補償層。（記者：河合 基伸）