載流子的激發成為課題

        當然，利用強關聯電子體系材料實現太陽能電池還面臨著諸多課題。目前，理研十倉團隊主要開展的是在數十K以下的極低溫實驗。MCG雖然已經得到確認，但還沒有成功地在不加載外部電壓的情況下利用1個光子使電極釋放出多個電子。理研川崎表示：“還不到談具體轉換效率目標的階段。”

        眼下最大的課題是開發載流子激發技術。因為強關聯電子體系材料本身不具備分離電子與空穴的機理，所以需要相應的調整。另一方面，在半導體材料太陽能電池中，p-n結同時擔負著生成和分離電子—空穴對的職責。

        因此，川崎等人為了使電子與空穴分離，決定部分采取半導體p-n結的機制。川崎且干勁十足地表示：“我們目前正在著手開發帶結構。希望在1～2年內證明1個光子能夠激發出2個以上的電子。”

能否實現幾日元/W的太陽能電池 ？

        以開發使用強關聯電子體系材料的太陽能電池為目標的不只是理研。岡山大學研究生院自然科學研究系尖端基礎科學專業教授池田直的研究組正在著手研究利用在某種氧化鐵中添加稀土類元素（R）的鐵電體材料RFe₂O₄，開發制造時材料成本非常低的太陽能電池（圖6）^（注4）。

圖6：能否利用氧化鐵實現低價格太陽能電池 上圖表示了岡山大學池田研究室開發的屬于氧化鐵強關聯電子體系材料“RFe2O4”的光電轉換原理（a），和實際試制的太陽能電池單元（b）。設想采用卷對卷方式進行量產。單從材料費來看，甚至可以實現5日元/W極低的制造成本。

（注4）介電常數為5000～10萬。材料沒有正式名稱，但已經注冊了“綠色鐵氧體”的商標。

        這種材料與理研開發的材料一樣，是電子排列會在能量約為0.3eV的光線的激發下發生變化，使導電性大幅下降的強關聯電子體系材料^（注5）。池田于2005年使用加速器“SPring-8”發現，RFe₂O₄在室溫下也具有這種性質。池田研發組從2008年起接受新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的經費補助，最近又接受倍樂生控股的支援，正在致力于開發太陽能電池。

(注5）在RFe₂O₄之中，由Fe離子組成的三角形層狀重疊。Fe離子中Fe²⁺和Fe³⁺混雜，其數量和配置隨電子分布變化，因此能夠形成各種能量狀態。在“基底狀態”下是絕緣體，但照射0.3eV以上的光線后會發生躍遷，成為金屬性。

        已經試制出了若干種元件。這些元件的光吸收系數是公認較高的CIS類太陽能電池的好幾倍，在中紅外區域附近也相當高。作為太陽能電池的輸出功率雖低，但也可以檢測到。

        與理研一樣，MCG雖然還在驗證階段，但池田表示：“與追逐超高效率相比，只要轉換效率超過10％就足以令人滿意，總而言之，我們希望開發出低成本的太陽能電池。”按照池田的計算，因為材料大部分是氧化鐵，所以R使用釔（Y）時，材料費只需500日元/m²。而且設想是使用卷對卷和噴涂方法，以低成本進行批量生產^（注6）。

（注6）這種噴涂方法是指產業技術綜合研究所明渡純開發的“氣溶膠沉積（AD）法”。（記者：河合 基伸、野澤 哲生、Phil Keys ＝硅谷支局）