為實(shí)現(xiàn)超高效太陽能電池，大刀闊斧地減少太陽能電池?fù)p耗的技術(shù)開發(fā)已全面展開。針對(duì)的是在太陽能電池?fù)p耗中占最大比例的傳輸損耗和量子損耗（圖4）。

 
圖4：克服兩大損耗太陽能電池的損耗中，傳輸損耗和量子損耗占有很大比例。為實(shí)現(xiàn)超高效率，需要克服這些損耗的技術(shù)。由《日經(jīng)微器件》根據(jù)各種資料和采訪制成。

　　減少傳輸損耗的有效方法是控制帶隙以利用大范圍波長(zhǎng)的光線。為減少量子損耗，將采用新原理，防止能量變成熱量而散失。不過，減少量子損耗的新原理只停留在效果驗(yàn)證階段。因此，目前正先行開發(fā)減少傳輸損耗的帶隙控制技術(shù)。

　　帶隙的主要控制方法有（1）利用量子效應(yīng)的量子點(diǎn)型，（2）采用GaAs等的化合物多結(jié)型，（3）采用多種薄膜的薄膜多結(jié)型。

以硅類材料實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)型

　　（1）要實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)型，有“串聯(lián)方式”和“中間能帶方式”兩種方法。串聯(lián)方式層疊多層通過改變量子點(diǎn)直徑控制了帶隙的量子點(diǎn)層，使用大范圍波長(zhǎng)的光線。

　　日本東北大學(xué)教授寒川誠(chéng)二的研究組針對(duì)串聯(lián)方式，開發(fā)出了能夠控制間隔以配置大小均勻的量子點(diǎn)的方法（圖5）。這樣，能夠提高量子尺寸效應(yīng)。通過蝕刻把自組裝膜加工到掩模上得以實(shí)現(xiàn)。太陽能電池研究人員之間普遍認(rèn)為蝕刻部出現(xiàn)缺陷容易造成載流子消失，對(duì)蝕刻均有抵觸情緒。而寒川卻使用自主的中性粒子束抑制了缺陷的增加。

 
圖5：通過蝕刻形成量子點(diǎn)將蛋白質(zhì)蝕刻到掩模上形成了量子點(diǎn)。還確認(rèn)了隧道電流。照片由東北大學(xué)提供。圖是《日經(jīng)微器件》根據(jù)東北大學(xué)的資料制成。

利用中間能帶方式實(shí)現(xiàn)脫As

　　中間能帶方式則采用因量子點(diǎn)之間發(fā)生的電子耦合而在帶隙中間形成的中間能帶。由于產(chǎn)生了載流子通過中間能帶的新路徑，所以提高了轉(zhuǎn)換效率。

　　東京大學(xué)副教授岡田至崇利用中間能帶方式將轉(zhuǎn)換效率由2007年的8.54％迅速提高到了2009年的16.12％（圖6）。將（001）底板換成（311）底板以將量子點(diǎn)密度增至2倍，同時(shí)調(diào)整了太陽能電池單元的電極和防反射膜，這起到了作用。今后的目標(biāo)是2015年達(dá)到25％，2030年達(dá)到40％。

圖6：2015年以后將超過結(jié)晶硅中間能帶方式的量子點(diǎn)型，轉(zhuǎn)換效率逐漸提高。預(yù)計(jì)2030年達(dá)到40％。照片由東京大學(xué)提供。圖為《日經(jīng)微器件》根據(jù)東京大學(xué)的資料制成。

　　岡田采用的是層疊膜時(shí)能夠自組形成量子點(diǎn)的方法。在使晶格常數(shù)比底板大的不同材料結(jié)晶成長(zhǎng)時(shí)，會(huì)引起三維島生長(zhǎng)，能夠自己形成量子點(diǎn)。但這樣一來，應(yīng)變能累積，為了予以緩和，量子點(diǎn)逐漸增大。為防止這種情況，將插入產(chǎn)生與量子點(diǎn)方向相反的晶格應(yīng)變的應(yīng)變補(bǔ)償層。（記者：河合 基伸）