太阳能电池正处于发展途中，向效率超过30％发起挑战

　　从充电电池业务的经验来看，偏向于采用储量少的特定元素是非常危险的。利用硅材料可实现理想的太阳能电池。（三洋电机 执行董事 强化业务推进本部长兼研究开发本部长兼环境推进本部长 津田 信哉）

　　——听说三洋电机开发的、层叠结晶硅和薄膜非晶硅的高效太阳能电池“HIT”*的表现非常出色？

　　*HIT＝heterojunction with intrinsic thin-layer。被称为是结晶硅型和薄膜硅型的混合动力型的太阳能电池。采用利用n型·p型的非晶硅和i型硅的薄膜层夹住n型结晶硅层的构造。

　　津田：太阳能电池具有环境负荷小的特点。但如果太阳能电池的转换效率较低，例如设置时需要格外大的能源，或者为了获得电力需要扩大设置面积，环境负荷也会变大。在太阳能电池中，HIT的转换效率高，相对更加环保；可实现薄型化，所以使用少量的硅即可。制作硅晶圆等时实际上需要相当大的能源，因此薄型也是一个重要因素。由此看来，如果追求更加环保的方式，HIT是最佳选择。

　　不过，最主要的理由还是“如果在相同的面积上设置太阳能电池，希望能获得尽量多的电力”这种意识。我认为转换效率是最重要的因素。以前曾经听说，HIT因其高性能在欧洲被誉为“太阳能电池界的保时捷”。这并不是说其价格比其他公司的产品高很多……
　　太阳能电池单元实现超薄对本公司来说，还具有降低制造成本的效果。从成本来看，在HIT等结晶硅型太阳能电池单元中，硅晶圆在总成本中所占的比例非常大，减薄其厚度是降低成本的重点。有一段时间，太阳能电池单元的原料——硅材料价格暴涨，之后供求出现缓和，硅材料的价格一下子降到了峰值的1/3左右。不过，虽然硅材料的价格短期内还会出现上下波动，但从长期来看，如果不减薄厚度，在成本方面将会处于劣势。

　　——太阳能电池除了HIT等结晶硅型之外，还有在玻璃底板上制作的薄膜硅型和薄膜化合物型等。最近，在薄膜化合物型太阳能电池中，CIGS系比较受关注。

　　津田：当然，作为我们的选项之一，还有CIGS等化合物类太阳能电池。不过，材料的稳定供应不能得到保证。CIGS是采用铟（In）和镓（Ga）的太阳能电池。我们还在经营充电电池业务，从该业务的经验我们体会到，如果偏重于利用特定元素，而且采取以大量消耗为前提的业务模式将会非常难。以充电电池的钴（Co）为例，如果钴的价格突然上涨，业务将陷入困境。

　　结晶硅型和薄膜硅型使用的硅材料就比较令人放心。即使在供应链中出现硅材料暂时供应不足，从而导致价格暴涨这种短期风波，但硅本身是地球上仅次于氧气的丰富元素。而且也不是对环境有害的受限物质。从资源量丰富而且是安全的物质这一观点来看，能像太阳能电池一样在非常广泛的面积内大量普及的物质就是硅了。虽然我们也想过采用硅以外的材料，不过最终还是放弃了。化合物类太阳能电池还是交给其他公司来做吧。

　　效率还没有达到顶点

　　——有人说以HIT为代表的结晶硅型太阳能电池的转换效率快要接近理论极限值了。薄膜硅型的转换效率也达到了10％左右。结晶硅型太阳能电池今后还有进一步改进的余地吗。

　　津田：结晶硅型太阳能电池的转换效率大致达到20％后，剩余的80％就被损失掉了。太阳光的光谱和可在太阳能电池中转换的波长的失调是造成该损失的主要原因。太阳光的光谱非常宽阔，因此在简单的太阳能电池构造中，或者在硅等单一材料中很难物尽其用。如果使用单一材料的话，GaAs等带隙为1.4eV左右的材料占优势，但存在限制。作为采用改变带隙材料的多接合型*太阳能电池，对于太阳光的长波长侧和短波长侧分别采用不同的材料，将是今后实现高效率的基本方法之一。

　　*多接合型＝层叠多块吸收波长范围不同的具有pn接合（或p-i-n接合）的太阳能电池的类型。例如，在薄膜硅型太阳能电池中，通过层叠具有p-i-n接合的非晶硅层和具有p-i-n接合的微晶硅层，提高了转换效率。此时也称之为串联型。

　　例如，如果层叠采用带隙为1.1eV的结晶硅的太阳能电池层和采用带隙为1.7eV的材料的太阳能电池层，就有望实现更高的转换效率。那么，将层叠的材料增加至3种，分别是带隙为1.0eV、1.4eV和1.8eV的材料，结果又会如何呢？通过层叠，表面上的理论效率应该会提高。不过，这里必须要考虑的一点是，一旦真的实现高转换效率时，会出现什么样的课题。如果考虑“只采用一种材料时的部材费比较便宜”。“能否以不产生公害等环境负荷的形式获得太阳能电池”等，那么决定从事使用多种半导体材料的多接合型太阳能电池并非易事。

　　如果只追求效率，那么毫无疑问，多接合型太阳能电池是最佳选择。但太阳能电池中竞争的要素只有转换效率吗，并非如此。站在太阳能电池使用者的立场上来看，每kW的发电成本一定要稳定。这样的话，就必须有效使用便宜的材料。因此出现了高效率和低发电成本的折衷点。

　　从这个意义来看，硅是得天独厚的材料。其结晶状态下的带隙为1.1eV，比单一材料的理想值（1.4eV）稍窄，不过制成非晶硅的话就达到了1.6～1.7eV。组合这些太阳能电池层就形成了多接合型，接近太阳能电池单元的理想类型。虽然实现这一点还需要相当长的时间，不过可实现比目前的太阳能电池更高的效率。

　　另外，HIT虽然组合了非晶硅和结晶硅，但从发电层的意义上来说，HIT只是单接合型。据悉结晶硅型太阳能电池的理论效率大约为27～29％。HIT在此基础上再加上1～2个百分点左右，理论效率大约应该能达到30％左右。如果一举提高到40％、50％的话，只有采用多接合型。

　　——三洋电业正在开发多接合型太阳能电池吗？

　　津田：目前正在开发的薄膜硅型太阳能电池，其构造基本源于多接合型的思路。采用了非晶硅和微晶硅*，非晶硅的带隙为1.6eV左右，微晶硅为1.1～1.2eV，因此可以说非常接近上述的理想组合。

　　*微晶硅＝具有非晶硅和结晶硅中间的特性的硅材料。

　　不过，无论是非晶硅还是微晶硅都存在一个严重的问题。那就是二者的薄膜质量都还比较低。因此，即使理论效率比较高，实际上也达不到。

　　要想提高薄膜的质量，必须要较厚地层叠微晶硅。目前为2～3μm的水平。如果要进一步加厚，就需要采用高速成膜技术。但是层叠的速度越快，膜的质量就越差。显然，这是一种此消彼长的关系。如何解决该课题是薄膜硅型太阳能电池首要的技术重点。

　　如果克服了该课题，将其与结晶硅型HIT的技术相结合，那么这将成为实现转换效率更高的太阳能电池的基础。

　　——自首次开发太阳能电池开始已经过去半个世纪了，但目前仍处于发展途中。从技术和业务上来看，如果将太阳能电池比作人类的话，您认为它已经多少岁了？

　　津田：从我们的太阳能电池开发和业务所处的状况来看，应该是古代男子成年的年龄吧。也就是15岁前后。

　　受到国家补助制度的恩惠，日本国内的各大太阳能电池厂商花费20年、30年都难盈利的业务，在最近5～6年就实现了盈利。销售额的规模也非常大，各公司基本上都是是根据销售额规模来作为业务认可的。

　　我之所以认为它刚“成年”，是因为今后才会开始真正意义的竞争。例如，韩国三星电子已经涉足了太阳能电池业务。该公司应该会以与在液晶面板和DRAM领域获得成功时相同的方式作战。对此，我们处于迎战的立场上。就像古代刚刚“成年”就要上战场一样。