充分利用陽光 堆疊型太陽能電池在日本光電展

 文/宋瑞文（加州能源特約撰述）

在2月剛剛告一段落的2025年日本國際太陽能光電展「PV EXPO 2025」裡，鴻海科技集團旗下的夏普公司展示了可運用在屋頂或電動車車頂的堆疊型（Tandem）太陽能電池。

*圖說：夏普的展區，最左邊是鈣鈦礦太陽能。（來源：夏普）

據光學設計公司CYBERNET解說，所謂的堆疊型太陽能電池，是一種將不同類型的光電轉換層堆疊起來的太陽能電池，藉此提高發電效率。原理在於，可以充分利用陽光裡不同波長的光線。

穿過大氣層才到達地球的陽光，白天在人眼看來是白色的。當白光穿過棱鏡時，它看起來被分成七種顏色：紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、靛藍和紫色。

顏色的差異是由於波長的光譜範圍不同所造成的。陽光含有各種波長的光，根據其光譜範圍分為紫外線（波長約 300 至 400 nm）、可見光（約 400 至 780 nm）和紅外線（約 780 nm 至 1 mm）。

到達地面的光線，為太陽能電池所利用，而太陽能電池的材料，決定了它們可以吸收哪些波長的光線。堆疊型太陽能電池內含可以吸收不同波長的光電轉換層，從而吸收更寬光譜範圍內波長的光。

*圖說：上層是鈣鈦礦太陽能電池，主要利用可見光，下層是矽晶太陽能電池，主要利用紅外線。（來源：EneCoat）

被認為具有發展潛力的堆疊型太陽能電池，是把鈣鈦礦太陽能電池與矽晶太陽能電池（光電轉換層）相結合的電池。前者可以有效地吸收可見光，而後者除了可見光，還可以吸收紅外線。將兩者結合起來，幾乎所有的陽光都可以利用而不會造成浪費。從理論上講，轉換效率預計將遠高於30%。

目前家庭及工業發電系統中主流的矽晶太陽能電池，有重量太重的缺點，而薄型、輕量的薄膜型鈣鈦礦太陽能電池則不存在這個問題，可以安裝在牆上及承重能力較低的屋頂上。

除了夏普，正在研發堆疊型太陽能電池的廠商還有豐田汽車等。豐田和京都大學（化學研究所若宮淳志研究室）創投的公司EneCoat合作，在2025年1月發佈研究進度，創下堆疊型太陽能電池光電轉換效率30.4%的世界記錄，不過，尺寸僅止於cell等級，未來將往大型化的方向研發。

京都大學化學研究所副教授若宮淳志，曾在2016年成為日本第一個鈣鈦礦太陽能光電轉換效率突破20%的研究者。他曾受到鈣鈦礦太陽能發明人暨桐蔭橫濱大學教授宮部力演講的啟發。宮部力在演講中，勸勉日本年輕的研究者「拿回日本的霸權」，會後，若宮淳志對宮部力說：「我來做。」

鈣鈦礦太陽能的未來

在日本政府2025年2月定案的第七次能源計劃裡，預計在2040年之前裝設20GW的鈣鈦礦太陽能。如前所述，鈣鈦礦太陽能具有輕量、薄型、可繞折等特點，能夠裝設在過往無法裝設的平面，大幅提高太陽能的裝設潛力。

舉例來說，2025年2月底，積水化學公司發佈消息，將進行在風力發電機柱上舖設鈣鈦礦太陽能的實驗，確認把鈣鈦礦太陽能鋪設於錐狀體的方法，鈣鈦礦太陽能板表面防汙功能的發揮狀況等。由此可見，鈣鈦礦太陽能裝設的場所日新月異，裝設潛力與日俱增。