正如(rú)上篇所(suǒ)強調的，爲了遏制氣候變化帶來的不利影響（例如(rú)：森林火災等），必須要(yào / yāo)實現溫室氣體淨零排放的目标。溫室氣體排放源約有四分之一來自(zì)“發(fā／fà)電”，而(ér)利用(yòng)可(kě)再生(shēng)能(néng)源發(fā／fà)電不會(huì)直接産生(shēng)溫室氣體，因此，越來越多的人們開始關注可(kě)再生(shēng)能(néng)源發(fā／fà)電。
全球溫室氣體排放比例（按産業分類）
串聯型電池和單體電池均可(kě)采用(yòng)Cu₂O材料！
東芝的串聯型太陽能(néng)電池将Cu₂O材料（氧化亞銅）電池和傳統矽材料電池組相結合，其(qí)中Cu₂O材料實現了全球最高發(fā／fà)電效率8.4%。
株式會(huì)社東芝 研究開發(fā／fà)中心 納米材料前沿研究所(suǒ) 換能(néng)器技術實驗室 研究員
山本和重
事(shì)實上，在成功開發(fā／fà)出用(yòng)作太陽能(néng)電池的Cu₂O薄膜後(hòu)，仍會(huì)經曆發(fā／fà)電效率增長乏力的一段時期。原因是p層（Cu₂O）與n層的接合面存在能(néng)量不匹配問題。因此，負責模拟試驗的專家(jiā)芝崎目前仍在反複進行(háng / xíng)大量的參數設置和實際測量，以期找到p層和n層的最佳匹配條件。
株式會(huì)社東芝 研究開發(fā／fà)中心 納米材料前沿研究所(suǒ) 換能(néng)器技術實驗室 專家(jiā)
芝崎聰一郎
此外， 在Cu₂O材料改進方面，研究員們通過(guò)獨創的工藝成功去(qù)除微量的Cu和CuO雜質。
“我們Cu₂O材料的目标發(fā／fà)電效率是10%，但目前已知理論上的最高值是19%，幾乎是我們目标的兩倍。如(rú)果發(fā／fà)電效率超過(guò)15%，Cu₂O單體太陽能(néng)電池也能(néng)投入實際應用(yòng)，更不用(yòng)說Cu₂O串聯型電池。
Cu₂O是一種極其(qí)堅硬且耐用(yòng)的材料，因此，它可(kě)以在諸如(rú)陽光強烈、鹽害嚴重的島嶼地區或是寒冷地區等環境惡劣的地區使用(yòng)，例如(rú)：。根據研發(fā／fà)情況的不同，我們考慮了兩種戰略，一種是與矽材料組合，生(shēng)産出串聯型太陽能(néng)電池，并将其(qí)推向市場，另一種是先小規模地生(shēng)産Cu₂O單體太陽能(néng)電池，之後(hòu)再向串聯型電池方向進軍”（山本）
通過(guò)去(qù)除CuO和Cu等雜質，實現較高發(fā／fà)電效率的Cu₂O材料
突破量産化壁壘，确立技術差異化！
東芝在提高Cu₂O發(fā／fà)電效率的同時，緻力于(yú)Cu₂O材料的大型化（擴大材料尺寸），這是推進量産化的技術開發(fā／fà)工作的重要(yào / yāo)一步。
目前，研究開發(fā／fà)中心使用(yòng)與東芝能(néng)源系統株式會(huì)社共同開發(fā／fà)引進的新裝置，成功将Cu₂O材料的尺寸均勻地擴大到邊長爲4cm的正方形，預計将在2025年(nián)之前擴大到與矽材料太陽能(néng)電池邊長相同的15cm。
“同時，Cu₂O的透明化處理技術相當特殊，是東芝的獨有技術。将Cu₂O擴大到實用(yòng)尺寸後(hòu)，這種技術差異化将是競争對(duì)手公司難以逾越的壁壘。”（芝崎）
每天(tiān)的總體發(fā／fà)電效率高，能(néng)夠充分利用(yòng)太陽能(néng)
東芝串聯型太陽能(néng)電池的獨特之處還有很多。
世界上的大部分串聯型太陽能(néng)電池是通過(guò)兩種電池連接工藝制造出來的一體式電池，屬于(yú)各個電極串聯排列的兩端子結構。而(ér)東芝的串聯型太陽能(néng)電池中，Cu₂O和矽材料采用(yòng)不同的工藝制造而(ér)成，再使用(yòng)粘合劑壓合在一起。它們擁有獨立的電極，屬于(yú)四端子結構。對(duì)此，山本還作了如(rú)下(xià)補充。
“太陽能(néng)電池，特别是矽材料電池，在太陽光垂直照射時，可(kě)達到發(fā／fà)電峰值。然而(ér)，在太陽傾斜照射時，發(fā／fà)電效率呈現下(xià)降趨勢，可(kě)以設想的是，兩種串聯型電池之間會(huì)出現發(fā／fà)電量偏差。此時，如(rú)果各電池的電極爲串聯排列的兩端子結構，會(huì)出現電量向發(fā／fà)電量較低的電池傳導的現象，從而(ér)出現電力損耗。
而(ér)東芝的四端子型電池由于(yú)每個電池産生(shēng)的電力都是單獨供應的，因此不會(huì)出現兩端子型電池那(nà)樣的電力損耗。考慮到太陽光照射角度的不斷變化，我們的電池在日總體發(fā／fà)電效率方面具有很大的優勢。即使是熟悉太陽能(néng)電池的人也會(huì)存在這樣的固有概念，即：串聯型電池一般都采用(yòng)各個電池串聯排列的結構。但我們不拘泥于(yú)常識，通過(guò)合理判斷來選擇相關工藝和端子結構”。
Cu₂O/矽串聯型太陽能(néng)電池的四端子結構圖解
在不久的将來，有可(kě)能(néng)實現免充電即可(kě)行(háng / xíng)駛的純電動汽車
目前，僅使用(yòng)矽材料的太陽能(néng)電池雖然成本低廉，但發(fā／fà)電效率僅爲27%左右，而(ér)使用(yòng)砷化镓半導體制成的串聯型太陽能(néng)電池，發(fā／fà)電效率是矽電池的1.5～2倍，但成本卻是矽電池的數百倍甚至數千倍，因此主要(yào / yāo)用(yòng)于(yú)宇宙開發(fā／fà)。山本介紹說：“如(rú)果不計成本的話，我們也能(néng)夠使用(yòng)砷化镓來實現串聯型太陽能(néng)電池30%的發(fā／fà)電效率。但是，由于(yú)成本大幅提高，這樣的産品不會(huì)被社會(huì)接受，僅就(jiù)太陽能(néng)電池成本而(ér)言，需要(yào / yāo)花費超1千萬日元才能(néng)産生(shēng)1千瓦的電力。我們的Cu₂O/矽串聯型太陽能(néng)電池可(kě)以實現低成本和高效率的平衡，因此我們考慮研發(fā／fà)的電池産品是，能(néng)夠安裝在面積很小的空間内，并且能(néng)夠滿足矽電池無法實現的大功率需求。”
因此，東芝将研發(fā／fà)目标鎖定爲節省空間、發(fā／fà)電效率高的電池産品，并期待在純電動汽車(EV)、電車、無人機等移動領域展開應用(yòng)。”
目标之一就(jiù)是“免充電即可(kě)行(háng / xíng)駛的純電動汽車”。例如(rú)，東芝的Cu₂O/矽串聯型太陽能(néng)電池估算的發(fā／fà)電效率可(kě)達到27.4%。如(rú)果安裝于(yú)純電動汽車頂部等處的太陽能(néng)電池面積爲3.33㎡，在純電動汽車的單位電量可(kě)行(háng / xíng)駛距離爲12.5km/kWh的情況下(xià)，則一天(tiān)的發(fā／fà)電量可(kě)以行(háng / xíng)駛約35km。這樣的行(háng / xíng)駛距離，有望讓車主擺脫需要(yào / yāo)停車充電的困擾。并且，還能(néng)爲實現碳中和社會(huì)做出貢獻，可(kě)謂是創新之舉。
純電動汽車的Cu₂O/矽串聯型太陽能(néng)電池安裝圖解
據估算，東芝的Cu₂O/矽串聯型太陽能(néng)電池具有發(fā／fà)電效率達到40%左右的潛力。爲了離此數值更近一步，東芝正在制定開發(fā／fà)路線圖，包括将Cu₂O太陽能(néng)電池的發(fā／fà)電效率目标值從10%修改爲更高的數值。
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