日本开发轻薄如纸板的黄铜矿光伏电池，2026年量产

 在成为钙钛矿光伏电池竞争对手的薄型轻量光伏电池中，有一种被称为“黄铜矿光伏电池”的类型。其电池模块的厚度为0.6～0.7mm，类似一张较薄的塑料垫板，重量密度约为0.7kg/m2，也相当于普通的瓦楞纸板。与其他薄型轻量的光伏电池相比更薄更轻。

      很多人对黄铜矿光伏电池这一名称或许比较陌生，其实过去曾被称为“CIS型”或“CIGS型”。这种光伏电池使用的化合物半导体的主要组成为铜（Cu）、铟（In）、镓（Ga）、硫(S)、硒（Se）等，因此曾取首字母命名。

利用黄铜矿的晶体结构

黄铜矿（Chalcopyrite）的晶体结构和光伏电池中使用的元素组成的示例。因开发初期采用了不使用Ga的CuInSe2这一组成，所以曾被称为CIS型光伏电池（出处：日经XTECH）

      在日本，初创企业PXP（位于相模原市）已经在试生产这种黄铜矿光伏电池，计划最早在2026年实现正式量产。虽然名义上是初创企业，但其主要成员大多是来自曾经的昭和壳牌太阳能（Showa Shell Solar）或Solar Frontier的管理层和技术人员。从技术开发到量产前的经验，实质已有近40年的积累。

黄铜矿光伏电池有近40年的开发历史

该图为日本黄铜矿光伏电池厂商的发展历程。PXP虽是初创公司，但主要成员大多是来自昭和壳牌太阳能和Solar Frontier的经营者和技术人员，拥有近40年的技术开发经验。也有年产近1GW 的大规模量产经验（数据来源/图片：日经XTECH）

      PXP的公司名称来源于不死鸟（Phoenix）和光伏发电（Photovoltaic）的结合，似乎寓意重启未竟事业的愿望。该公司的标志也是不死鸟的形象。

      PXP的联合创始人之一、现任该公司首席技术官（CTO）的杉本广纪也出身于Solar Frontier。Solar Frontier在使用玻璃的面板方面，在与中国企业的晶体硅光伏电池的成本竞争中落败，但杉本表示：“其实Solar Frontier当时真正想做的是薄型轻量的光伏电池”，这似乎也成为他投身PXP的动机。

      PXP开发的电池单元采用兼作背面电极的薄金属箔作为基板。单块电池片的厚度仅约50μm（微米），非常薄，即使进行密封层等的沉积封装，厚度也仅为0.6～0.7mm（毫米）。弯曲半径也只有几厘米，可以说是薄型轻量光伏电池之中最具柔性的一款。

      PXP已于2024年启动黄铜矿光伏电池的试生产。为了实现正式量产，正在展开各种实证实验，近来规模也在不断扩大。2025年4月，PXP在日挥集团的设施的屋顶设置了10m2（平米）大小的黄铜矿光伏电池模块。同年5月，在长野县白马村的拖车房上安装了kW级规模的电池模块。

大面积模块的实证试验陆续启动

2025年4月启动的日挥的实证试验(a)。在日挥集团设施的屋顶上设置了10m2。在与名古屋电机工业共同于5月启动的实证试验中，在拖车房的墙壁等处设置模块。拖车房内安装了基于金属有机结构体“MOF”的二氧化碳（CO2）回收装置和利用CO2生成甲烷（CH4）气的系统。发电的电力用于该系统的运转(图片来源：（a)为日挥，(b)为PXP）

      PXP计划于2026年度启动的正式量产的规模为年产25MW。设想的用途是农业大棚的屋顶。虽然不能像具有相同用途、构成竞争的有机薄膜光伏电池那样具有透光性，但大棚内种植的许多作物原本就不需要太多的强烈日照。

      此外，与现有的营农型光伏发电不同，无需坚固的支架即可安装。杉本说“模块的重量只有0.7kg/m2，即使是农业大棚也不需要加固”。该项目还被采纳为2025年度日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的资助项目^注1）。

     注1) 采纳主题为“可实现低成本设施营农型光伏发电的高耐久性轻量光伏电池板的开发”。

      另一个设想的用途是借助柔性安装在汽车的车顶等位置。如果利用Solar Frontier时代的技术，耐热性只能达到95℃（摄氏度），难以应用，而PXP“通过改良电子传输层的材料，耐热性提高到了150℃”（杉本）。

      PXP计划首先仅通过黄铜矿光伏电池推进商业化。不过，据杉本介绍，黄铜矿光伏电池的模块转换效率“在实验室为19%，量产时的产品也有望达到18%”。现阶段与其他柔性光伏电池技术相比并不逊色，但由于开发过程较长，虽然技术相对成熟但今后的发展空间也令人担忧。

      或许正因为如此，PXP认为“首选是黄铜矿和钙钛矿的串联型光伏电池”（杉本）。原因是这样可以大幅提高转换效率。

      截至2024年4月，PXP试制的串联型电池为四端子型，顶部单元的钙钛矿光伏电池和底部单元的黄铜矿光伏电池在电气上相互独立，转换效率为26.5%。作为这种类型的柔性电池，目前与中国武汉大学的电池并列为世界最高水平^注2）。现阶段电池为4cm见方，“正在开发使串联型电池更大型化的制造设备，到2025年夏末前后，将能够以与黄铜矿光伏电池单体的电池尺寸相同的156mm×39mm尺寸制造。转换效率每年提高1个百分点，到预定确立量产技术的2026年，应能达到28%的目标，仅凭这一点，就能胜过晶体硅光伏电池”（杉本）。之后，计划到2027年度启动试产线，力争2028年度实现商用化。

     注2) 即使同样为钙钛矿光伏电池/黄铜矿光伏电池的四端子版串联型，从在玻璃基板上形成的电池来看，新加坡国立大学等的研究人员于2023年12月通过论文发布了转换效率达29.9%这一数值。在日本，东京大学教授濑川浩司的研究室在2020年12月，在光分离方式这一条件下达到了28.0%。另一方面，在将上下重叠的光伏电池进行电气连接的双端子版串联型中，截至2025年5月，韩国首尔大学的转换效率达到26.3%的电池被NREL（美国国家可再生能源实验室）认定为最高值。

与钙钛矿的串联的转换效率快速提高

PXP的开发案例（钙钛矿光伏电池和黄铜矿光伏电池的各单元，有效面积为1cm2）和德国HZB(亥姆霍兹能源与材料研究中心)的开发案例。PXP的26.5%转换效率在柔性四端子版串联单元中处于世界最高水平。HZB的串联单元是采用玻璃基板的二端子型，作为获得美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，简称“NREL”）认定的数值，24.6%的转换效率到2025年春为止属于世界最高值。但截至2025年5月，已被韩国首尔大学研究人员开发的产品的26.3%（NREL认证）超越。（数据来源：各公司）

      PXP还拥有在钙钛矿光伏电池开发方面领先世界的东京大学教授濑川浩司的研究室出身的成员，对该光伏电池的技术也表现出自信。关于钙钛矿光伏电池面临的耐久性问题，杉本充满信心地表示“力争实现20年的耐久性”。

野泽哲生 日经XTECH/日经Electronics

资料来源：日经XTECH

https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/03186/052300005/