通過開發(fā)采用玻璃基板的輕型技術(shù)及基于噴墨打印的大面積涂覆方法，松下公司（Panasonic Corporation）已實(shí)現(xiàn)全球最高的鈣鈦礦太陽能組件（孔徑面積802 cm2：長(zhǎng)30 cm x寬30 cm x 2 mm厚）能量轉(zhuǎn)換效率（16.09%）。這是作為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的項(xiàng)目的一部分實(shí)現(xiàn)的，而NEDO正致力于“開發(fā)技術(shù)來降低高性能和高可靠性光伏發(fā)電的發(fā)電成本”，以促進(jìn)太陽能發(fā)電的廣泛普及。

這種可以覆蓋大面積的、基于噴墨的涂覆方法能降低組件的制造成本。此外，這種大面積、輕量型、高轉(zhuǎn)換效率的組件可以在立面等難以安裝傳統(tǒng)太陽能板的位置實(shí)現(xiàn)高效的太陽能發(fā)電。

展望未來，NEDO和松下將繼續(xù)改進(jìn)鈣鈦礦層材料，以實(shí)現(xiàn)媲美晶體硅太陽能電池的高效率，并構(gòu)建在新市場(chǎng)中實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。

1. 背景

全球應(yīng)用最廣泛的晶體硅太陽能電池已在日本的兆瓦級(jí)大型太陽能、住宅、工廠和公共設(shè)施等領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)。為進(jìn)一步打入這些市場(chǎng)并獲得新市場(chǎng)，打造更輕、更大的太陽能組件至關(guān)重要。

鈣鈦礦太陽能電池*1具有結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠浒l(fā)電層在內(nèi)的厚度僅為晶體硅太陽能電池的百分之一，因此鈣鈦礦組件的重量能夠比晶體硅組件輕。輕盈的特性使各種安裝方式得成為可能，例如通過使用透明導(dǎo)電電極安裝在立面和窗戶上，這種方式可助力凈零能耗建筑（ZEB*2）的廣泛普及。此外，由于每一層都可以直接涂覆在基板上，與傳統(tǒng)的工藝技術(shù)相比，它們可以實(shí)現(xiàn)更便宜的生產(chǎn)。這正是鈣鈦礦太陽能電池作為下一代太陽能電池而受到關(guān)注的原因。

另一方面，盡管鈣鈦礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)了與晶體硅太陽能電池相當(dāng)?shù)?5.2%*3的能量轉(zhuǎn)換效率，但是在小型電池中，通過傳統(tǒng)技術(shù)很難在整個(gè)大面積上均勻地點(diǎn)膠材料。因此，能量轉(zhuǎn)換效率往往下降。

在此背景下，NEDO正開展“技術(shù)開發(fā)來降低高性能和高可靠性光伏發(fā)電的發(fā)電成本”*4項(xiàng)目，以促進(jìn)太陽能發(fā)電的進(jìn)一步普及。作為該項(xiàng)目的一部分，松下開發(fā)了采用玻璃基板的輕型技術(shù)及基于噴墨法的大面積涂覆方法，該方法包括將油墨生產(chǎn)和調(diào)整應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池組件的基板。通過這些技術(shù)，松下已為鈣鈦礦型太陽能電池組件（孔徑面積802 cm2：長(zhǎng)30 cm x寬30 cm x寬2 mm）實(shí)現(xiàn)了全球最高的16.09%*5的能量轉(zhuǎn)換效率。

此外，在制造過程中采用噴墨法的大面積涂敷法也有助于降低成本，而且該組件的大面積、輕量化、高轉(zhuǎn)換效率特性可實(shí)現(xiàn)在立面等傳統(tǒng)的太陽能電池板難以安裝的場(chǎng)所中進(jìn)行高效太陽能發(fā)電。

通過改進(jìn)鈣鈦礦層材料，松下的目標(biāo)旨在實(shí)現(xiàn)與晶體硅太陽能電池相當(dāng)?shù)母咝?，并?chuàng)建在新市場(chǎng)中實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。

2. 成果

通過聚焦能夠精確、均勻地涂覆原材料的噴墨涂覆法，松下將該技術(shù)應(yīng)用于太陽能電池的每一層，包括玻璃基板上的鈣鈦礦層，并實(shí)現(xiàn)了大面積組件的高能量轉(zhuǎn)換效率。

［技術(shù)開發(fā)要點(diǎn)］

（1） 改進(jìn)鈣鈦礦前體的組分，適用于噴墨涂覆

在形成鈣鈦礦晶體的原子團(tuán)中，甲胺在組件生產(chǎn)過程中的加熱過程中出現(xiàn)熱穩(wěn)定性問題（甲胺由于受熱而從鈣鈦礦晶體中被去除，進(jìn)而破壞晶體的某些部分）。通過將甲胺的某些部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂羞m當(dāng)原子直徑大小的甲脒氫、銫、銣，他們發(fā)現(xiàn)該方法對(duì)于晶體穩(wěn)定是有效的，且有助于提高能量轉(zhuǎn)換效率。

（2） 控制鈣鈦礦油墨的濃度、涂覆量和涂覆速度

在利用噴墨涂覆法的薄膜形成工藝中，圖案涂覆具有靈活性，同時(shí)材料的點(diǎn)圖案形成和每層表面上的結(jié)晶均勻性不可或缺。為滿足這些要求，通過將鈣鈦礦油墨的濃度調(diào)整到一定含量，并通過精確控制打印過程中的涂覆量和速度，他們實(shí)現(xiàn)了大面積組件的高能量轉(zhuǎn)換效率。

通過在每層形成使用涂覆工藝來優(yōu)化這些技術(shù)，松下成功地增強(qiáng)了晶體生長(zhǎng)，并提高厚度和晶體層的均勻性。結(jié)果是，他們實(shí)現(xiàn)了16.09%的能量轉(zhuǎn)換效率，并向?qū)嶋H應(yīng)用邁進(jìn)一步。

3. 事后計(jì)劃

通過實(shí)現(xiàn)大面積鈣鈦礦組件的更低工藝成本和更輕的重量，NEDO和松下公司將計(jì)劃開辟?gòu)奈窗惭b和采用太陽能電池的新市場(chǎng)?；谂c鈣鈦礦太陽能電池相關(guān)的各種材料的開發(fā)，NEDO和松下的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)與晶體硅太陽能電池相當(dāng)?shù)母咝剩⒓哟罅Χ葘⑸a(chǎn)成本降至15日元/瓦。

這些結(jié)果已在筑波國(guó)際會(huì)議場(chǎng)（Tsukuba International Conference Center）舉行的鈣鈦礦、有機(jī)光伏和光電電子亞太國(guó)際會(huì)議（IPEROP20）上發(fā)布。