被公認為新一代太陽能電池的色素增感型太陽能電池，其相關研發正如火如荼地展開。性能得到大幅提高的元件相繼發表，解決低耐久性問題的材料開發，以及前所未有的新結構及新形狀也接連不斷地被提出。色素增感型太陽能電池優點突出，不僅能夠以低成本進行制造，而且還可實現各種顏色。因此，家電廠商也在積極開發，2008年索尼宣布單元轉換效率達到了10.1％，之后，松下電工也于2009年春季表示，“在室內用途方面，前景比硅型太陽能電池更為看好”。
實現15～16％的效率已為時不遠
色素增感型太陽能電池由感光色素、氧化鈦以及含有碘等的電解液構成。瑞士大學洛桑聯邦理工學院（Ecole Polytechnique Federale deLausanne，EPFL）教授Michael Graetzel于1991年發表了轉換效率為7.12％的單元，相關研發由此全面展開。Graetzel在2009年春季于東京大學舉行的“革新性太陽能發電國際研討會”上宣稱，“2008年12月實現了12.3％的轉換效率”。轉換效率突破10％大關是在1992年，之后過了大約13年才超過了11％。此次超過12％是2008年的3年后的研究成果，性能提高的速度重新開始加快。
另外，采用多種色素的雙結及三結型太陽能電池的開發也在不斷推進，可以說實現15～16％的轉換效率已為時不遠。
漏液問題有望通過粘土得以解決
截止目前，色素增感型太陽能電池的最大難點與其說是非轉換效率，不如說是耐久性。耐久性方面最近也取得了重大進展。
東京大學尖端科學技術研究中心教授瀨川浩司和專職副教授內田聰的研究小組開發出了一種新技術，即使在電解液中添加粘土實現凝膠化（固體狀），轉換效率也不會下降（圖1）注1）。該研究小組利用該技術試制了面積為0.16cm2的單元，實現了9.9％的轉換效率，與使用原來的電解液時達到的10.1％相比，幾乎沒有區別。
圖1：混有粘土的電解質使電流增加具備靜置時凝膠化，而搖動時溶膠化的“觸變性”的粘土（a）。使用該粘土的凝膠狀電解質的色素增感型太陽能電池的I-V特性（b）。與使用普通電解液時相比，電流得到增加。照片及圖形由東京大學內田研究室提供。
以前，色素增感型太陽能電池也被稱為“濕式太陽能電池”，在太陽能電池技術中，是唯一擔心出現“漏液”的方式。采用這種方式時，電解液一旦泄漏，氧化鈦就會分解色素，從而喪失發電功能。為了不發生漏液，業內過去也曾有過電解液凝膠化的嘗試，但卻出現了電阻增大，轉換效率下降的問題。而此次的凝膠狀電解質則不同，電阻反而降低，使電流有所增加。“這就是電解液凝膠化技術的最新版，對此我們十分自信”（內田）。
粘土是仿照被稱為“膨潤土”的火山灰粘土合成而來。具體而言，就是用約1nm厚的板狀分子層狀重疊后，再由此形成大的簇群，從而獲得了“觸變性”特點。“觸變性”是一種施加振動及壓力時就會溶膠化（液狀），而靜置時數分鐘即可返回凝膠狀的特性。由于采用的是多間隙結構，因此水分及離子可在分子間輕松穿過。估計就是這種特性促進了電阻的降低。
發電光纖也已面市
最近的太陽能電池，無論是哪種方式，都出現了將可視光和紅外線一同用于光電轉換，由此來提高轉換效率的開發趨勢。不過，這種做法存在一個很大的難點。這就是透明電極。
以前，太陽能電池一直采用將兩個電極中的一個制成透明狀，并向色素及半導體照射光線的方法。不過，ITO及FTO等透明電極盡管在可視光區域擁有較高透射率，但在紅外線區域就會出現透射率下降的現象。
為了解決這一問題，九州工業大學生命體工學研究系教授早瀨修二的研究小組開發出了不使用透明電極的太陽能電池——玻璃纖維狀的色素增感型太陽能電池（圖2）注2）。
圖2：使光在光纖中穿過來發電九州工業大學教授早瀨的研究小組試制的纖維狀太陽能電池的結構（a），以及在該纖維上涂布兩種色素制成雙結（串聯）型太陽能電池的示例（b）。設想利用透鏡等聚光器將光導入光纖。（a）根據該研究小組的公開資料制成。（b）由該研究小組提供。
該太陽能電池采用的方法是：使導入光纖的光在碰到光纖內壁后折射的部分被色素吸收，然后轉換成電力。由于是不使用透明電極而直接向色素照射光，因此有望提高紅外線的利用率。
就目前的轉換效率而言，使用一種色素的產品“暫時還只有1％”（早瀨）。不過，這是纖維直徑達到9mm，而長度僅為數cm時的數值，因此“導入光纖的光有9成以上直接跑掉了。假如可以有效利用光，轉換效率會相當高”（早瀨）。光的有效利用有望通過減細并加長光纖等手段來實現。
早瀨的研究小組還試制了使用多種色素的雙結（串聯）型及并聯型元件，并對基本功能進行了確認。“通過改變色素的涂布面積，便可調節電流量，因此可輕松實現高效率化所不可缺少的電流匹配”（該研究小組）。而且，對于充分利用紅外線這一原本的目的，“也可通過涂布多種色素來實現”（該研究小組）。
(編輯：全球電池網)
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