通過開發采用玻璃基板的輕型技術及基于噴墨打印的大面積涂覆方法，松下公司（Panasonic Corporation）已實現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%）。這是作為日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的項目的一部分實現的，而NEDO正致力于“開發技術來降低高性能和高可靠性光伏發電的發電成本”，以促進太陽能發電的廣泛普及。

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、高轉換效率的組件可以在立面等難以安裝傳統太陽能板的位置實現高效的太陽能發電。

展望未來，NEDO和松下將繼續改進鈣鈦礦層材料，以實現媲美晶體硅太陽能電池的高效率，并構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體硅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并獲得新市場，打造更輕、更大的太陽能組件至關重要。

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，與傳統的工藝技術相比，它們可以實現更便宜的生產。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注的原因。

另一方面，盡管鈣鈦礦技術實現了與晶體硅太陽能電池相當的25.2%*3的能量轉換效率，但是在小型電池中，通過傳統技術很難在整個大面積上均勻地點膠材料。因此，能量轉換效率往往下降。

在此背景下，NEDO正開展“技術開發來降低高性能和高可靠性光伏發電的發電成本”*4項目，以促進太陽能發電的進一步普及。作為該項目的一部分，松下開發了采用玻璃基板的輕型技術及基于噴墨法的大面積涂覆方法，該方法包括將油墨生產和調整應用于鈣鈦礦太陽能電池組件的基板。通過這些技術，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）實現了全球最高的16.09%*5的能量轉換效率。

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、高轉換效率特性可實現在立面等傳統的太陽能電池板難以安裝的場所中進行高效太陽能發電。

通過改進鈣鈦礦層材料，松下的目標旨在實現與晶體硅太陽能電池相當的高效率，并創建在新市場中實際應用的技術。

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，松下將該技術應用于太陽能電池的每一層，包括玻璃基板上的鈣鈦礦層，并實現了大面積組件的高能量轉換效率。

［技術開發要點］

（1） 改進鈣鈦礦前體的組分，適用于噴墨涂覆

在形成鈣鈦礦晶體的原子團中，甲胺在組件生產過程中的加熱過程中出現熱穩定性問題（甲胺由于受熱而從鈣鈦礦晶體中被去除，進而破壞晶體的某些部分）。通過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，他們發現該方法對于晶體穩定是有效的，且有助于提高能量轉換效率。

（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，通過將鈣鈦礦油墨的濃度調整到一定含量，并通過精確控制打印過程中的涂覆量和速度，他們實現了大面積組件的高能量轉換效率。

通過在每層形成使用涂覆工藝來優化這些技術，松下成功地增強了晶體生長，并提高厚度和晶體層的均勻性。結果是，他們實現了16.09%的能量轉換效率，并向實際應用邁進一步。

3. 事后計劃

通過實現大面積鈣鈦礦組件的更低工藝成本和更輕的重量，NEDO和松下公司將計劃開辟從未安裝和采用太陽能電池的新市場。基于與鈣鈦礦太陽能電池相關的各種材料的開發，NEDO和松下的目標是實現與晶體硅太陽能電池相當的高效率，并加大力度將生產成本降至15日元/瓦。

這些結果已在筑波國際會議場（Tsukuba International Conference Center）舉行的鈣鈦礦、有機光伏和光電電子亞太國際會議（IPEROP20）上發布。