東芝開發新型串聯型太陽能電池，同時實現低成本和高效率，可應用于免充電型電動汽車。該款Cu2O/Si串聯型太陽能電池，預計整體發電效率將達27.4%，如果為電動汽車安裝這款太陽能電池，預計每天免充電續航里程約為35km*1。
開發背景
為實現碳中和社會這一目標，世界各國正在大力推進可再生能源事業，特別是汽車和電車等移動交通工具。
典型的高效率電池是由砷化鎵半導體（GaAs）等III-V族太陽能電池*2疊加而成的串聯型太陽能電池，其發電效率超過30%，高于Si太陽能電池，但制造成本比Si太陽能電池高出數百倍至數千倍。
而透射型Cu2O太陽能電池的主要原材料和制造設備價格低廉，預計生產成本將會大幅降低。透射型Cu2O太陽能電池通過吸收短波光進行發電，并且可以透射長波光，而Si太陽能電池作為底電池，通過吸收長波光進行發電。采用這種方式后，無論長短波長的光都可以被轉化為電能。
圖1 Cu2O/Si串聯型太陽能電池示意圖
本技術優勢
由于Cu2O具有半導體晶體屬性，其晶體中很容易產生氧化銅（CuO）和銅（Cu）等雜質，這些雜質會降低發電效率和透光率。東芝采用X射線衍射法*3直接檢測出Cu2O發電層中所含的極少量CuO和Cu，并精確地測出雜質含量值，研究出能夠使這兩種雜質降至最低的成膜工藝條件*4，成功開發出兼具優良透光性和高發電特性（發電效率為8.4%）的透射型Cu2O太陽能電池（圖3）。
東芝將此次開發的發電效率為8.4%的透射型Cu2O太陽能電池作為頂電池，將高效率的Si太陽能電池作為底電池，經估算這種Cu2O/Si串聯型太陽能電池發電效率為27.4%。
圖2 透射型Cu2O太陽能電池
圖3 透射型Cu2O電池的結果
應用于電動車時的續航里程估算
參考日本國立研發法人新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的估算方法，對安裝有本新型Cu2O/Si串聯型太陽能電池的電動汽車的免充電續航里程進行了粗略估算：
在車載安裝面積為3.33㎡，電動汽車單位電量的可行駛距離(采用NEDO預測的2030年估算值)為12.5km/kWh的條件下，單日免充電續航里程約為35km。
由于Cu2O/Si串聯型太陽能電池的成本低、效率高，具有經濟實惠的優點，即使安裝面積有限，仍能實現高功率輸出，因此，在電動汽車進行普及安裝后，有助力“交通運輸電氣化事業”，進而為實現2050年碳中和目標做出貢獻。
未來展望
作為日本新能源產業技術綜合開發機構的委托項目，東芝計劃在2023年之前，開始供應外部評估專用樣品，在2025年之前，完成實用尺寸Cu2O/Si串聯型太陽能電池的生產技術開發工作。
*1：參考日本國立研發法人——新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)的汽車（安裝太陽能發電系統的汽車）審查委員會的中期報告（https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100909.html）進行估算
*2：由III族元素（鎵、鋁、銦等）和V族元素（砷、磷、氮等）組成的化合物半導體制成的太陽能電池
*3：利用X射線在晶格中的衍射現象進行分析的方法。此方法能夠識別物質，還能分析出晶體結構，因此被廣泛應用于生產研究
*4：東芝采用的方法：讓氧氣在成膜設備的真空室內流動的同時，將銅板暴露于等離子區中，讓從銅板飛到基板上的銅元素與供應的氧原子發生反應，形成Cu2O薄膜（即：發電層）
