《日經電子》2011年10月17日號的專輯“太陽能電池生存之道”，介紹了在現有太陽能電池技術快速商品化的形勢下，為在競爭中脫穎而出的以超高效率及超低成本為目標的太陽能電池技術群。比如，可將迄今最多只有30～40％的太陽能利用效率提高至幾乎100％的技術，以及有望將目前100日元/W～200日元/W的太陽能電池模塊制造成本大幅降至5日元/W或更低的技術等。盡管要走的路還很長，但如果能實現，則世界將為之改變。

　　實際上，作為其基礎的理論及技術體系，目前正在逐步發展為不僅可開啟太陽能電池，甚至還有電子技術新模式的技術體系。具有代表性的是名為“強關聯電子體系”的材料群。或許很多人都是第一次聽說這種體系，但其正在成為物性物理學中可與半導體相提并論的理論體系。

　　這里嘗試盡可能直觀地介紹一下該體系。此前許多數電子材料都是基于將原子排列的變化，即固體到液體再到氣體的變化，以及其中電子等載流子（帶電粒子）的流動視為“波”的技術體系。

　　筆者上大學時，《基特爾固體物理學導論》是物性物理學的經典教材。大學一年級課程最先學習的是半導體的基本狀態“布洛赫狀態”及能帶理論。

　　然而，最近大學好像不再積極教授這些理論了。取而代之成為新經典的理論是“莫特絕緣態”及“莫特轉變”等。

主角由“原子”及“電子波”變成“電子粒子”

　　估計有人也是第一次聽說這種理論。新經典理論與以往的經典理論的最大區別在于如何看待電子。新理論將電子視為“粒子”而不是“波”。而且，從材料的狀態變化考慮，電子也取代原子變成了主角。

　　此前，固體是原子或分子的固定排列而不會互相移動的材料狀態，液體是原子或分子可在一定程度上自由變換位置的材料狀態。而在以氧化物為主的材料群中，人們發現了不同條件下電子會表現得像固體或液體一樣的材料。莫特絕緣態等是在解釋、分析此類材料的過程中發展起來的理論，并由此衍生出了“電子晶體”、“電子液晶”及“電子液體”等詞。當然，電流不能通過電子晶體，但能通過電子液體。將這一區別與原來的絕緣體、半導體及金屬的區別相對應，人們正考慮將其用于多種用途。

　　這些以電子為主角的材料正是篇首提到的強關聯電子體系材料。最近，相關論文以及將其用于新一代電子元件的研發實例均激增。

　　強關聯電子體系材料的最大優勢是，很可能會用于具有超越以往常識的超低功耗及高速響應等各種功能的元件。其原因是，與大而重的原子不同，尺寸及重量均小一個數量級的電子群，只需交換極少的能量就能發生相變（莫特轉變）。弱磁場、弱電場、微小壓力及微弱的光線等，均可代替以往引起材料相變的潛熱而成為觸發源。而且，還能以非常高的速度切換。

高溫超導技術是源流

　　此類技術已開始了實用化。比如，松下馬上要量產的“ReRAM”（可變電阻式存儲器）等就是如此。

　　雖達不到強相關電子體系材料的水平，但很多近緣技術正在實用化。比如，采用強介電體及強磁性體的各種壓電元件、MRAM（磁存儲器）、PRAM（相變存儲器）及FeRAM（強介電體存儲器）等。

　　而且，因其發現而獲得2010年諾貝爾物理學獎的二維碳材料石墨烯等，也是可稱為強關聯電子體系材料近親的“拓撲絕緣體”材料群之一。可以說這些技術正作為新一代電子技術群不斷逼近半導體。

　　順便一提，其實這些材料的源流是1980年代曾經大熱的高溫超導材料。這是由于“莫特絕緣態等的研究體系是由高溫超導研究人員建立的”（目前從事強關聯電子體系材料的研究人員）。

　　目前有人指出，這種強關聯電子體系材料有望對超高效率、超低成本的新一代太陽能電池作出貢獻。而且已有研究人員采用強關聯電子體系材料試制出了太陽能電池。

　　2010年全球太陽能電池市場規模為6.5萬億日元（美國Solarbuzz公司），僅日本國內就達到了6553億日元（矢野經濟研究所）。預計該市場今后會進一步擴大，可以說太陽能電池技術將會引領全球的研究及市場。

　　如果研究費投入集中的太陽能電池能夠取得成果，就能加快太陽能電池以外的其他領域的研究及應用速度。比如，有的研究人員的目標是實現遠遠超過室溫的400K（約127℃）超導技術。這意味著高溫超導研究撒下的種子有望轉化為劃時代的太陽能電池，并重新使高溫超導技術全面開花結果。（記者：野澤 哲生，《日經電子》）