东芝开发新型串联型太阳能电池，同时实现低成本和高效率，可应用于免充电型电动汽车。该款cu2o/si串联型太阳能电池，预计整体发电效率将达27.4%，如果为电动汽车安装这款太阳能电池，预计每天免充电续航里程约为35km*1。
开发背景
为实现碳中和社会这一目标，世界各国正在大力推进可再生能源事业，特别是汽车和电车等移动交通工具。
典型的高效率电池是由砷化镓半导体（gaas）等iii-v族太阳能电池*2叠加而成的串联型太阳能电池，其发电效率超过30%，高于si太阳能电池，但制造成本比si太阳能电池高出数百倍至数千倍。
而透射型cu2o太阳能电池的主要原材料和制造设备价格低廉，预计生产成本将会大幅降低。透射型cu2o太阳能电池通过吸收短波光进行发电，并且可以透射长波光，而si太阳能电池作为底电池，通过吸收长波光进行发电。采用这种方式后，无论长短波长的光都可以被转化为电能。
图1 cu2o/si串联型太阳能电池示意图
本技术优势
由于cu2o具有半导体晶体属性，其晶体中很容易产生氧化铜（cuo）和铜（cu）等杂质，这些杂质会降低发电效率和透光率。东芝采用x射线衍射法*3直接检测出cu2o发电层中所含的极少量cuo和cu，并精确地测出杂质含量值，研究出能够使这两种杂质降至最低的成膜工艺条件*4，成功开发出兼具优良透光性和高发电特性（发电效率为8.4%）的透射型cu2o太阳能电池（图3）。
东芝将此次开发的发电效率为8.4%的透射型cu2o太阳能电池作为顶电池，将高效率的si太阳能电池作为底电池，经估算这种cu2o/si串联型太阳能电池发电效率为27.4%。
图2 透射型cu2o太阳能电池
图3 透射型cu2o电池的结果
应用于电动车时的续航里程估算
参考日本国立研发法人新能源产业技术综合开发机构（nedo）的估算方法，对安装有本新型cu2o/si串联型太阳能电池的电动汽车的免充电续航里程进行了粗略估算：
在车载安装面积为3.33㎡，电动汽车单位电量的可行驶距离(采用nedo预测的2030年估算值)为12.5km/kwh的条件下，单日免充电续航里程约为35km。
由于cu2o/si串联型太阳能电池的成本低、效率高，具有经济实惠的优点，即使安装面积有限，仍能实现高功率输出，因此，在电动汽车进行普及安装后，有助力“交通运输电气化事业”，进而为实现2050年碳中和目标做出贡献。
未来展望
作为日本新能源产业技术综合开发机构的委托项目，东芝计划在2023年之前，开始供应外部评估专用样品，在2025年之前，完成实用尺寸cu2o/si串联型太阳能电池的生产技术开发工作。
*1：参考日本国立研发法人——新能源产业技术综合开发机构(nedo)的汽车（安装太阳能发电系统的汽车）审查委员会的中期报告（）进行估算
*2：由iii族元素（镓、铝、铟等）和v族元素（砷、磷、氮等）组成的化合物半导体制成的太阳能电池
*3：利用x射线在晶格中的衍射现象进行分析的方法。此方法能够识别物质，还能分析出晶体结构，因此被广泛应用于生产研究
*4：东芝采用的方法：让氧气在成膜设备的真空室内流动的同时，将铜板暴露于等离子区中，让从铜板飞到基板上的铜元素与供应的氧原子发生反应，形成cu2o薄膜（即：发电层）
