株式会社东芝（下称东芝）正在开发的透射型氧化亚铜（Cu2O）太阳能电池发电效率已达到9.5%，成功将东芝开发的前一版本的电池发电效率8.4%提高了1.1个百分点。并将发电面积（电池尺寸）由去年12月公布的3mm见方扩大到10mm×3mm。
该款电池为串联型太阳能电池。是将两块太阳能电池叠加在一起，分别作为底电池和顶电池共同发电，提高整体发电效率（图1）。Cu2O/Si串联型太阳能电池是将这款透射型Cu2O太阳能电池叠加在发电效率高达25%的高效硅（Si）太阳能电池之上，据估算，整体发电效率可达到28.5%。同时，如果电动汽车(EV)安装此款太阳能电池，据估算，每天免充电续航里程可达到约37km。
此外，东芝已着手开发更大尺寸的透射型Cu2O太阳能电池，最终目标是实现与Si太阳能电池相匹敌的电池制造技术，满足量产化需求。
在有限的安装面积下，串联型太阳能电池能够增加可供应电力，为免充电型电动汽车和电车等“运输电动化”做出贡献，旨在实现碳中和社会。此外，这款电池还可应用于高空通信平台（High Altitude Platform Station: HAPS）等广泛的移动通信领域。
图1：Cu2O/Si串联型太阳能电池（4端子）示意图
技术特点
低成本
东芝正在开发的与Ⅲ-V族半导体相比，透射型Cu2O太阳能电池的预计制造成本将大幅降低。
可靠性
透射型Cu2O太阳能电池坚硬结实，材料性质不溶于水，且耐潮湿，在未做密封等保护处理的情况下，暴露于实验室空气环境中，即使经过一年，其发电效率和透射率仍没有变化（图2），表明其在可靠性方面具有很大的潜力。
图2：透射型Cu2O太阳能电池在可靠性方面的潜力
高效率
透射型Cu2O太阳能电池通过吸收波长小于600nm的绿、蓝、紫外线等短波光来实现高效发电，并使超出上述波长的红外线、近红外线等长波光高效透射。使用长波光高效发电的Si太阳能电池被作为底电池，从短波光到长波光的广泛波长范围的光被整体转换为能量，实现了高效发电。
根据实际应用的需求，东芝将Cu2O/Si串联型太阳能电池的发电效率目标设定为30%。为实现这一目标，我们将顶电池（透射型Cu2O太阳能电池）的发电效率估算为10%，并推动相关开发工作。
制作工艺揭秘高效率工作原理
针对Cu2O发电层，东芝使用了半导体和液晶等制造工艺中使用的溅射装置，通过可扩展至大面积的反应性溅射方法形成薄膜，各个晶粒仅数微米大小，能够穿透发电层膜的厚度，这些晶粒由横向排列的多晶薄膜构成。光产生的载流子（光载流子）沿纵向（膜厚方向）扩散，正载流子（空穴）从背面透明电极向外迁移，负载流子（电子）通过n层从表面透明电极向外迁移，即可产生电流。
这种光载流子不仅能够在发电层内纵向扩散，还能横向扩散。东芝此前开发了一种成膜技术*1，能够使Cu2O发电层中杂质降至最低，据估算，光载流子在发电层横向扩散的距离（载流子扩散长度）至少为数十μm以上，相当于晶粒长度的10倍以上。光载流子扩散到电池壁面，会发生重组现象，导致光载流子的数量减少，这是效率降低的主要原因之一。
目前，东芝发现扩大电池尺寸对抑制这种光载流子重组很有效果，将发电单元的面积从原来的3mm见方扩大到10mm×3mm，在电池壁面重组的光载流子会相对减少，这对大型Cu2O太阳能电池而言是一项优势。此次的开发成果与东芝的发电效率目标10%相比，仅差0.5个百分点。
图3：发电效率为9.5%的透射型Cu2O太阳能电池（40mm*40mm）
图4：扩大电池尺寸时的光载流子的运动轨迹（从上方俯视）
图5：试制的40mm见方透射型Cu2O太阳能电池
应用于电动汽车时的免充电续航里程估算
东芝参考日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的估算方法*2，对安装有Cu2O/Si串联型太阳能电池的电动汽车（图6）的免充电续航里程进行了简单估算。
图6：电动汽车安装Cu2O/Si串联型太阳能电池的示意图
对于Cu2O/Si串联型太阳能电池的发电效率，假设估算效率为28.5%，目标效率为30%，理论最大效率为42.3%，车载安装面积为3.33m2，电动汽车单位电量行驶距离(采用NEDO预测的2030年估算值)为12.5km/kWh，则可以估算出单日免充电续航里程分别为37km、39km、55km。
单日免充电续航里程超过了30km，可满足短途车主单日行驶里程需求，对于短途车主而言，甚至不需要在自家住宅等场所配备充电设施。
未来，东芝将以2025年投入实际应用为目标，构建高效率、低成本、高可靠性的实用尺寸的4端子Cu2O/Si串联型太阳能电池制造技术，并将其应用于包括电动汽车在内的交通运输领域。
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