日本電氣通訊大學開發的圓筒形鈣鈦礦太陽能電池
日本電氣通訊大學的研究團隊開發的是將太陽能電池單元像螢光燈一樣密封在圓筒形玻璃管中的技術。如果將鈣鈦礦材料入玻璃管內，可以抑制雨水和風等導致的劣化。由於圓筒形能吸收各個方向的能量，還有望提高發電量……
日本電氣通訊大學正致力於將下一代太陽能電池“鈣鈦礦”加工成圓筒形，以提升耐久性，力爭推動相關技術的實用化。與平面形相比，圓筒形有望提高發電量。計畫於10月成立產學合作聯盟，推進量產技術開發、用途拓展和性能評估，力爭實現產品化。
鈣鈦礦太陽能電池作為輕量、可彎曲、高發電效率的下一代太陽能電池而備受期待。不過，由於容易與水分和氧氣發生反應，導致晶體結構劣化，目前的耐久性被認為最多為10年左右。相比之下，硅太陽能電池的耐久性被認為可達約30年，因此延長鈣鈦礦電池壽命的技術的開發仍是一大挑戰。
日本電氣通訊大學的研究團隊一直在開發將太陽能電池單元像螢光燈一樣密封在圓筒形玻璃管中的技術。通過將電池放入玻璃管內，可以抑制雨水和風的影響導致的劣化。
發電量達到平面形的2倍
此外，將形狀從平面改為圓筒形後，不僅能利用直射陽光，還能吸收反射光等各個方向的能量。截至目前的研究已證實，與平面形相比，每日總發電量可提高至1.5至2倍。橫川慎二教授表示：“不僅在太陽高度較高的時段，通過全天候接收來自不同方向的光線，還能有效增加每日發電量”。
平面形太陽能發電需要在考慮太陽的入射角的情況下進行安裝，在場地選擇上受到限制，通常只能安裝在開闊的空地或建築物屋頂等處。圓筒形則具有優勢，即使在太陽入射角較小的早晚時段，或直射日光難以照射的城市建築牆面和農田等以往難以安裝的地方，也能有效利用。
研究團隊將該技術應用於鈣鈦礦材料，自4月起在靜岡縣菊川市的日本農林技術研究所茶業研究中心的茶園內，啟動了圓筒形鈣鈦礦太陽能電池的發電量測量及茶葉生長評估的實證試驗。此前的試驗表明，不僅能透過茶樹生長所需的光線，還易於抵禦風雨，在颱風天氣下也不會倒伏。今後還計畫在東京都大島町開展實證試驗。
隨著對有效性和安全性等研究的不斷深入，為推動大學研究成果的產業化，計畫成立產學合作聯盟。將充分發揮民間企業的技術實力和開發能力，集中攻克玻璃管的加工與密封技術、布線及電力控制等實現實用化的各項課題。
隨著日本電機廠商和電纜廠商等企業的參與，將建立性能評估、安全性以及維護管理等方面的方法。橫川教授表示：“為了推動大學研究階段之後的社會實際應用，有必要與企業合作，共同制定相關機制和規則”。
全球市場到2040年將達約4兆日元
鈣鈦礦太陽能電池的市場有望迎來快速增長。調查公司富士經濟（東京都中央區）的預測顯示，2025年全球市場規模達到1476億日元，到2040年有望增至3萬9480億日元。在中國，已開始運行吉瓦時（GWh）級的量產裝置，大規模生產體系的建構正在推進，從日本企業來看，積水化學工業等企業也在推進量產體系的建設。
日本政府也將推動產業發展。日本經濟產業省在2024年11月發佈的《下一代太陽能電池戰略》中，提出統籌推進量產技術的掌握、生產體系的完善以及需求創造的方針。力爭2040年實現約20吉瓦的裝機容量。作為主要原材料的碘，日本佔全球產量的約3成，因此從經濟安全保障的角度也備受期待。
不僅是轉換效率，開發競爭已擴展到量產技術、耐久性以及用途開拓。著眼於未來的大規模普及，東京大學等正與企業合作，研究回收碘和鉛等材料的再利用技術。電氣通訊大學的特聘教授早瀨修二等人也在推進以錫替代鉛的無鉛型鈣鈦礦太陽能電池的研發。
在中國企業加快建立大規模生產體系的背景下，日本若要保持競爭力，不僅是價格和轉換效率，還必須開拓牆面、農田等新的發電場所，利用包括回收利用和無鉛技術在內的自主技術促進產業化。 (日經中文網)