日本川崎和日本大阪--(美國商業資訊)--經由開發採用玻璃基板的輕型技術及噴墨列印式的大面積塗覆方法，松下公司(Panasonic Corporation)已達成全球最高的鈣鈦礦太陽能組件（孔徑面積802 cm²：長30 cm x寬30 cm x 2 mm厚）能量轉換效率(16.09%)。此為日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)專案中的一部分，而NEDO正致力於「技術開發以降低高效能和高可靠性太陽能發電的發電成本」，以促進太陽能發電的廣泛普及。

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這種可以覆蓋大面積的噴墨式塗覆方法能降低元件的製造成本。此外，這種大面積、輕量型、高轉換效率的元件可以在立面等難以安裝傳統太陽能板的位置上創造高效率的太陽能發電。

展望未來，NEDO和松下將繼續改進鈣鈦礦層材料，以達到媲美晶矽太陽能電池的高效率，並創建在新市場中實際應用的技術。

1. 背景
全球應用最廣泛的晶矽太陽能電池已在日本的兆瓦級大型太陽能、住宅、工廠和公共設施等領域發現市場。為進一步打入這些市場並獲得新市場，打造更輕、更大的太陽能元件至關重要。

鈣鈦礦太陽能電池^*1具有結構優勢，因為其包含發電層在內的厚度僅為晶矽太陽能電池的百分之一，因此鈣鈦礦元件的重量能夠比晶矽元件輕。輕盈的特性使各種安裝方式得以成為可能，例如使用透明導電電極安裝在立面和窗戶上，這種方式有助於淨零能耗建築(ZEB^*2)的廣泛普及。此外，由於每一層都可以直接塗覆在基板上，與傳統的製程技術相比，它們的生產可以更便宜。這正是鈣鈦礦太陽能電池被視為下一代太陽能電池而受到矚目的原因。

另一方面，儘管鈣鈦礦技術達成可與晶矽太陽能電池相比的25.2%^*3功率轉換效率，但是在小型電池中，以傳統技術很難在整個大面積上均勻地擺列材料。因此，功率轉換效率往往會下降。  

在此背景下，NEDO正在從事「技術開發以降低高效能和高可靠性太陽能發電的發電成本」^*4專案，以促進太陽能發電的進一步普及。作為該專案的一部分，松下開發了採用玻璃基板的輕型技術及噴墨法式的大面積塗覆方法，該方法包括將油墨生產和調整應用於鈣鈦礦太陽能電池組件的基板。透過這些技術，松下已為鈣鈦礦型太陽能電池組件（孔徑面積802 cm²：長30 cm x寬30 cm x寬2 mm）達成全球最高的16.09%^*5功率轉換效率。

此外，在製造過程中採用噴墨法的大面積塗敷法也有助於降低成本，而且該組件的大面積、輕量化、高轉換效率特性，使得立面等傳統太陽能電池板難以安裝的場所也能進行高效率太陽能發電。

經由改進鈣鈦礦層材料，松下的目標是達成可與晶矽太陽能電池相比的高效率，並創建在新市場中實際應用的技術。

2. 成果
聚焦於能夠精確、均勻地塗覆原材料的噴墨塗覆法，松下將該技術應用於太陽能電池的每一層，包括玻璃基板上的鈣鈦礦層，並實現了大面積組件的高功率轉換效率。

[技術開發要點]
(1) 改進鈣鈦礦前驅物的成分，以適用於噴墨塗覆
在形成鈣鈦礦晶體的原子團中，甲胺在元件生產過程的加熱過程中出現熱穩定性問題（甲胺由於受熱而從鈣鈦礦晶體中被去除，進而破壞晶體的某些部分）。經由將甲胺的某些部分轉變為具有適當原子直徑大小的甲脒氫、銫、銣，他們發現該方法對於晶體穩定是有效的，且有助於高功率轉換效率。

(2) 控制鈣鈦礦油墨的濃度、塗覆量和塗覆速度
在利用噴墨塗覆法的薄膜形成製程中，圖案塗覆具有靈活性，同時材料的點圖案形成和每層表面上的結晶均勻性不可或缺。為滿足這些要求，他們將鈣鈦礦油墨的濃度調整到一定含量，並精確控制列印過程中的塗覆量和速度，進而實現了大面積元件的高功率轉換效率。

透過在每層的形成中使用塗覆製程來使這些技術最佳化，松下成功地促進晶體生長，並提高厚度和晶體層的均勻性。結果，他們達成16.09%的功率轉換效率，並向實際應用邁進一步。

3. 後續計畫
經由實現大面積鈣鈦礦元件的更低製程成本和更輕的重量，NEDO和松下公司將計畫開闢從未安裝和採用太陽能電池的新市場。依據與鈣鈦礦太陽能電池相關的各種材料的開發，NEDO和松下的目標是達到可與晶矽太陽能電池相比的高效率，並努力將生產成本降至15日圓/瓦。

這些結果已在築波國際會議場(Tsukuba International Conference Center)舉行的鈣鈦礦、有機太陽能和光電電子亞太國際會議(IPEROP20)上發表。
URL：https://www.nanoge.org/IPEROP20/program/program

[註解]
*1 鈣鈦礦太陽能電池
光吸收層由鈣鈦礦晶體組成的太陽能電池。
*2 淨零能耗淨建築(ZEB)
ZEB（淨零能耗建築）是非住宅建築，它安裝能量負荷控制和高效率系統來維持室內環境品質，並實現節能和再生能源，最終目標是使年度能源基礎收支差額變為零。
*3 能量轉換效率25.2%
韓國化學技術研究院(KRICT)和麻省理工學院(MIT)已共同發表小面積電池的創世界紀錄能量轉換效率。
最佳研究電池效能（修訂版11-05-2019）- NREL
*4 開發技術以降低高效能、高可靠性太陽能發電的發電成本
- 專案名稱：降低高效能、高可靠性太陽能發電之發電成本的技術開發/新型結構太陽能電池的創新研究/創新的低成本生產與研究
- 專案時間：2015-2019年（每年）
- 參考資料：NEDO於2018年6月18日發佈的新聞稿「全球最大的薄膜式鈣鈦礦太陽能組件」
https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100391.html
*5 能量轉換效率16.09%
日本產業技術綜合研究所(National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)的MPPT方法（最大功率點追蹤方法：更接近實際使用中之轉換效率的測量方法）測得的能效值。

關於松下
松下公司是為消費電子產品、住宅、汽車及B2B業務的客戶開發各種電子科技和解決方案的全球領軍企業。於2018年慶祝成立100週年的松下公司已將業務擴張至全球，目前在全世界共經營582家附屬公司和87家聯營公司。截至2019年3月31日，其合併淨銷售額達8.003兆日圓。松下致力於透過各部門的創新來追求新的價值，並努力運用公司的科技為客戶創造更美好的生活、更美好的世界。如欲瞭解有關松下的更多詳情，敬請造訪：https://www.panasonic.com/global。

關於NEDO：
透過為科技開發活動提供資金，日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)在日本的經濟和工業化政策中扮演重要角色。NEDO還充當創新加速器，以實現其解決能源和全球環境問題及提升工業科技的兩項基本任務。
如欲瞭解有關NEDO的更多資訊：https://www.nedo.go.jp/english/introducing_index.html

來源：https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/02/en200207-2/en200207-2.html

相關連結
日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)
https://www.nedo.go.jp/english/

松下研發概況
https://www.panasonic.com/global/corporate/technology-design/r-and-d.html

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