日本技术让可弯曲的光伏电池寿命延长到20年
名古屋大学开发出了将可弯曲、能低价制造的光伏电池“钙钛矿型”光伏电池的寿命延长到2~4倍的技术。可以延长到约20年，达到与主流的以硅为材料的光伏电池相当的水平。该大学将与企业研究制造方法，力争2020年代后半期实现实用化。这将推动有利于削减温室气体的新一代光伏电池的普及。
钙钛矿型光伏电池是在薄膜和玻璃基板上涂布像涂料一样的材料进行制造。据称，制造成本可降至使硅结晶成长来制造的硅光伏电池的一半。如果在基板上使用很薄的薄膜，重量预计可降至十分之一。
钙钛矿型光伏电池重量轻，可弯曲，因此能够安装于之前很难设置的建筑物外墙和弯曲的屋顶等地方。由于可用不断拓展发电的场所，还有利于削减温室气体。为此，日本国内外的企业正在启动量产。
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钙钛矿型光伏电池利用有机物等制造主要的3层。由于不耐水、氧气和光，容易劣化，因此在室外安装时的寿命为5~10年左右，不到硅光伏电池的一半。
钙钛矿型光伏电池要想实现普及，要防止吸收阳光发电的发电层、传输电子的电子传输层及传输正电荷的空穴传输层劣化，将耐用性提高到与硅光伏电池相当的水平。
名古屋大学的松尾丰教授等人着眼于电子传输层，通过与日本电子零件制造商Resonac合作提高了耐用性。原来是采用由60个碳原子构成的“富勒烯”材料制造，但经过一段时间后，分子会结成块。存在块与块之间产生缝隙、传输电子的性能下降的课题。
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| 名古屋大学在传输电子的零部件上使用新材料，以延长钙钛矿型光伏电池的寿命（名古屋大学提供） |
为此，松尾教授等在电子传输层采用了富勒烯结合氧原子等的新材料。不仅富勒烯分子不再容易结块，还可以防止因接触水分等产生的劣化。
为了确认性能，使用在真空中蒸发原料以使材料堆积的真空蒸镀，在发电层上形成电子传输层的膜，试制出了1.5厘米见方的光伏电池。
试制出的光伏电池被放置在摄氏25度的环境中。16天后将太阳能转变成电能的转换效率仍保持在22％，跟硅光伏电池相当。
即使将温度提高到摄氏70度，转换效率在11天后仍保持在20％，相当于当初的9成。相反，使用富勒烯的传统光伏电池的转换效率降到了14％。松尾教授说：“如果在薄膜基板上封装，防止水分等进入，将有望实现寿命延长至原来的2倍，达到20年”。
新材料可大量生产，制造成本跟传统的钙钛矿型一样，只有硅光伏电池的一半。今后将利用真空蒸镀降低制造电子传输层的工艺的温度，制造更均匀的膜，进一步提高转换效率和耐用性。计划2027年左右实现实用化。
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日本冈山大学提高了发电层的耐用性。该大学的外国客座研究员Haitham Elboy等在材料中添加了用于防晒霜等的有机化合物二苯甲酮。负责发电的结晶大幅生长，结晶之间形成的边界部分的面积减少，改善了电子流动。
该大学试制出了面积为3平方厘米的光伏电池，并实施了在摄氏25度、湿度30％的空气中发电的实验。18.8％的转换效率在700小时后仍基本保持在约17％。
不添加二苯甲酮时的转换效率为13％，300小时后降至4％。Haitham表示：“可以将寿命延长到2～3倍”。目标是在2030年前后推向实用化。
加拿大多伦多大学等通过可牢固连接发电层和空穴传输层的技术，提高了耐久性。如果层与层的边界被光或热损伤，就不能很好地传递电荷，从而导致性能下降。
该大学研究人员在材料中添加了在发电层和空穴传输层之间起到桥梁作用的有机化合物。试制了2.5厘米见方的光伏电池，用玻璃和粘合剂进行了简单封装。
在摄氏85度、最高湿度为65％的环境中实施的实验显示，1500小时后转换效率仍为约20％，保持在最初的9成水平。在不添加有机化合物的情况下，400小时后转换效率下降到了不到8成。
主导这项研究、目前隶属于美国西北大学（Northwestern University）的博士研究员Chongwen Lee表示：“已经申请专利。不少光伏电池厂商都显示出兴趣”。
日本能否吸取硅光伏电池方面的痛苦经验教训
钙钛矿型光伏电池是以2009年桐荫横滨大学特任教授宫坂力公布的技术为基础开发而成的日本国产技术。
日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）在2021～2025年度期间通过日本政府的绿色创新基金项目为光伏电池的大型化和封装技术的开发提供支持。
积水化学工业、东芝、KANEKA等企业都在推进相关研发。目标是到2030年度，在一定的日照条件下实现每度为14日元（约合人民币0.67元）的发电成本，与工业电费同等。
据日本资源能源厅估算，通过推动钙钛矿型光伏电池的开发和普及，到2030年可使整个日本的年度二氧化碳排放量减少约60万吨，到2050年可减少约1亿吨。预计2030年经济涟漪效应将达到约125亿日元，2050年将达到约1.25万亿日元。
不过，前提是日本企业在全球光伏电池市场上掌握25％的份额。硅光伏电池方面，日本企业被成本竞争力出色的中国企业夺走了市场。从目前的光伏电池市场份额来看，2020年日本企业仅占0.3％。钙钛矿型光伏电池方面，中国企业也在推进量产。焦点在于日本能否吸取硅光伏电池方面的痛苦经验教训，稳步实现产业化。
日本经济新闻（中文版：日经中文网） 草盐拓郎
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