從充電電池業務的經驗來看，偏向于采用儲量少的特定元素是非常危險的。利用硅材料可實現理想的太陽能電池。
聽說三洋電機開發的、層疊結晶硅和薄膜非晶硅的高效太陽能電池“HIT”*的表現非常出色？
*HIT＝heterojunction with intrinsic thin-layer。被稱為是結晶硅型和薄膜硅型的混合動力型的太陽能電池。采用利用n型·p型的非晶硅和i型硅的薄膜層夾住n型結晶硅層的構造。
三洋電機執行董事研究開發本部長兼環境推進本部長津田信哉：太陽能電池具有環境負荷小的特點。但如果太陽能電池的轉換效率較低，例如設置時需要格外大的能源，或者為了獲得電力需要擴大設置面積，環境負荷也會變大。在太陽能電池中，HIT的轉換效率高，相對更加環保；可實現薄型化，所以使用少量的硅即可。制作硅晶圓等時實際上需要相當大的能源，因此薄型也是一個重要因素。由此看來，如果追求更加環保的方式，HIT是最佳選擇。
不過，最主要的理由還是“如果在相同的面積上設置太陽能電池，希望能獲得盡量多的電力”這種意識。我認為轉換效率是最重要的因素。以前曾經聽說，HIT因其高性能在歐洲被譽為“太陽能電池界的保時捷”。這并不是說其價格比其他公司的產品高很多……
太陽能電池單元實現超薄對本公司來說，還具有降低制造成本的效果。從成本來看，在HIT等結晶硅型太陽能電池單元中，硅晶圓在總成本中所占的比例非常大，減薄其厚度是降低成本的重點。有一段時間，太陽能電池單元的原料——硅材料價格暴漲，之后供求出現緩和，硅材料的價格一下子降到了峰值的1/3左右。不過，雖然硅材料的價格短期內還會出現上下波動，但從長期來看，如果不減薄厚度，在成本方面將會處于劣勢。
——太陽能電池除了HIT等結晶硅型之外，還有在玻璃底板上制作的薄膜硅型和薄膜化合物型等。最近，在薄膜化合物型太陽能電池中，CIGS系比較受關注。
津田：當然，作為我們的選項之一，還有CIGS等化合物類太陽能電池。不過，材料的穩定供應不能得到保證。CIGS是采用銦（In）和鎵（Ga）的太陽能電池。我們還在經營充電電池業務，從該業務的經驗我們體會到，如果偏重于利用特定元素，而且采取以大量消耗為前提的業務模式將會非常難。以充電電池的鈷（Co）為例，如果鈷的價格突然上漲，業務將陷入困境。
結晶硅型和薄膜硅型使用的硅材料就比較令人放心。即使在供應鏈中出現硅材料暫時供應不足，從而導致價格暴漲這種短期風波，但硅本身是地球上僅次于氧氣的豐富元素。而且也不是對環境有害的受限物質。從資源量豐富而且是安全的物質這一觀點來看，能像太陽能電池一樣在非常廣泛的面積內大量普及的物質就是硅了。雖然我們也想過采用硅以外的材料，不過最終還是放棄了。化合物類太陽能電池還是交給其他公司來做吧。
效率還沒有達到頂點
有人說以HIT為代表的結晶硅型太陽能電池的轉換效率快要接近理論極限值了。薄膜硅型的轉換效率也達到了10％左右。結晶硅型太陽能電池今后還有進一步改進的余地嗎？
津田：結晶硅型太陽能電池的轉換效率大致達到20％后，剩余的80％就被損失掉了。太陽光的光譜和可在太陽能電池中轉換的波長的失調是造成該損失的主要原因。太陽光的光譜非常寬闊，因此在簡單的太陽能電池構造中，或者在硅等單一材料中很難物盡其用。如果使用單一材料的話，GaAs等帶隙為1.4eV左右的材料占優勢，但存在限制。作為采用改變帶隙材料的多接合型*太陽能電池，對于太陽光的長波長側和短波長側分別采用不同的材料，將是今后實現高效率的基本方法之一。
*多接合型＝層疊多塊吸收波長范圍不同的具有pn接合（或p-i-n接合）的太陽能電池的類型。例如，在薄膜硅型太陽能電池中，通過層疊具有p-i-n接合的非晶硅層和具有p-i-n接合的微晶硅層，提高了轉換效率。此時也稱之為串聯型。
例如，如果層疊采用帶隙為1.1eV的結晶硅的太陽能電池層和采用帶隙為1.7eV的材料的太陽能電池層，就有望實現更高的轉換效率。那么，將層疊的材料增加至3種，分別是帶隙為1.0eV、1.4eV和1.8eV的材料，結果又會如何呢？通過層疊，表面上的理論效率應該會提高。不過，這里必須要考慮的一點是，一旦真的實現高轉換效率時，會出現什么樣的課題。如果考慮“只采用一種材料時的部材費比較便宜”。“能否以不產生公害等環境負荷的形式獲得太陽能電池”等，那么決定從事使用多種半導體材料的多接合型太陽能電池并非易事。
如果只追求效率，那么毫無疑問，多接合型太陽能電池是最佳選擇。但太陽能電池中競爭的要素只有轉換效率嗎，并非如此。站在太陽能電池使用者的立場上來看，每kW的發電成本一定要穩定。這樣的話，就必須有效使用便宜的材料。因此出現了高效率和低發電成本的折衷點。
從這個意義來看，硅是得天獨厚的材料。其結晶狀態下的帶隙為1.1eV，比單一材料的理想值（1.4eV）稍窄，不過制成非晶硅的話就達到了1.6～1.7eV。組合這些太陽能電池層就形成了多接合型，接近太陽能電池單元的理想類型。雖然實現這一點還需要相當長的時間，不過可實現比目前的太陽能電池更高的效率。
另外，HIT雖然組合了非晶硅和結晶硅，但從發電層的意義上來說，HIT只是單接合型。據悉結晶硅型太陽能電池的理論效率大約為27～29％。HIT在此基礎上再加上1～2個百分點左右，理論效率大約應該能達到30％左右。如果一舉提高到40％、50％的話，只有采用多接合型。
三洋電業正在開發多接合型太陽能電池嗎？
津田：目前正在開發的薄膜硅型太陽能電池，其構造基本源于多接合型的思路。采用了非晶硅和微晶硅*，非晶硅的帶隙為1.6eV左右，微晶硅為1.1～1.2eV，因此可以說非常接近上述的理想組合。
*微晶硅＝具有非晶硅和結晶硅中間的特性的硅材料。
不過，無論是非晶硅還是微晶硅都存在一個嚴重的問題。那就是二者的薄膜質量都還比較低。因此，即使理論效率比較高，實際上也達不到。
要想提高薄膜的質量，必須要較厚地層疊微晶硅。目前為2～3μm的水平。如果要進一步加厚，就需要采用高速成膜技術。但是層疊的速度越快，膜的質量就越差。顯然，這是一種此消彼長的關系。如何解決該課題是薄膜硅型太陽能電池首要的技術重點。
如果克服了該課題，將其與結晶硅型HIT的技術相結合，那么這將成為實現轉換效率更高的太陽能電池的基礎。
自首次開發太陽能電池開始已經過去半個世紀了，但目前仍處于發展途中。從技術和業務上來看，如果將太陽能電池比作人類的話，您認為它已經多少歲了？
津田：從我們的太陽能電池開發和業務所處的狀況來看，應該是古代男子成年的年齡吧。也就是15歲前后。
受到國家補助制度的恩惠，日本國內的各大太陽能電池廠商花費20年、30年都難盈利的業務，在最近5～6年就實現了盈利。銷售額的規模也非常大，各公司基本上都是是根據銷售額規模來作為業務認可的。
我之所以認為它剛“成年”，是因為今后才會開始真正意義的競爭。例如，韓國三星電子已經涉足了太陽能電池業務。該公司應該會以與在液晶面板和DRAM領域獲得成功時相同的方式作戰。對此，我們處于迎戰的立場上。就像古代剛剛“成年”就要上戰場一樣。
津田信哉工作簡介
1979年4月進入三洋電機，從事太陽能電池開發工作。1993年12月升任研究開發本部新材料研究所電子材料研究部長，1998年10月就任軟能源業務本部太陽能業務部長。1999年10月就任軟能源公司新電池業務部長，2003年4月就任執行董事兼構件企業集團清潔能源公司社長。2006年7月就任執行董事兼創新集團研究開發本部長兼EVOLUTION PJ推進小組Business Portfolio Evolution Plan推進本部長。2009年4月起任現職。
評論表單加載中...