日本東京大學(xué)尖端科學(xué)技術(shù)研究中心教授瀨川浩司的研發(fā)小組及其合作廠(chǎng)商，用色素增感型太陽(yáng)能電池(DSSC：dye-sensitized solar cELl)、led及鎳氫充電電池，制做了100盞便攜燈，并從2011年5月起在東日本大地震災(zāi)區(qū)的兩個(gè)地點(diǎn)發(fā)放使用。“DSSC在日本量產(chǎn)，并在社會(huì)中發(fā)揮作用此為首次”(東大特聘副教授內(nèi)田聰)。

此次制做的便攜燈是將瀨川研究室的合作研究伙伴廠(chǎng)商自主開(kāi)發(fā)的手掌大小色素增感型太陽(yáng)能電池板、用手按壓發(fā)光部即可點(diǎn)亮的市售LED燈以及蓄電池(圖1)相組合制成的。蓄電池使用兩節(jié)5號(hào)鎳氫充電電池。電池?zé)o需更換，只需白天照射陽(yáng)光，色素增感型太陽(yáng)能電池即可將蓄電池充滿(mǎn)，“可以使LED連續(xù)點(diǎn)亮約20個(gè)小時(shí)”。

地震后1個(gè)月內(nèi)制做了100盞

瀨川研究室的成員內(nèi)田的家鄉(xiāng)在日本的東北地區(qū)，在地震剛過(guò)的2011年3月14日，瀨川就提出了“能不能用色素增感型太陽(yáng)能電池為災(zāi)區(qū)做點(diǎn)什么”的建議。合作廠(chǎng)商也積極響應(yīng)，隨即開(kāi)始了便攜燈的開(kāi)發(fā)。便攜燈在約1個(gè)月的時(shí)間內(nèi)制成了100盞，于5月3日運(yùn)往災(zāi)區(qū)免費(fèi)發(fā)放使用。

發(fā)放便攜燈的地點(diǎn)是海嘯受災(zāi)嚴(yán)重的宮城縣仙臺(tái)市若林區(qū)和石卷市的兩處避難所。每處各為50臺(tái)?！鞍l(fā)放地點(diǎn)是有200人左右的避難所，考慮到發(fā)放使用后的維護(hù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視察，選擇了通車(chē)的地方”(內(nèi)田)。

直到發(fā)放之前，內(nèi)田心中都在擔(dān)心“這盞燈能有多大的用處”。但這不過(guò)是杞人憂(yōu)天，便攜燈給當(dāng)?shù)氐娜藗儙?lái)的喜悅大大超出了內(nèi)田的預(yù)料。

在發(fā)放之時(shí)，因?yàn)楸茈y所大多是學(xué)校的體育館，所以夜間照明一直令災(zāi)民頭痛。如果不打開(kāi)天花板的照明，室內(nèi)就漆黑一片舉步艱難，但開(kāi)燈，則會(huì)一片燈火通明，把已經(jīng)睡著的人驚醒。晚上一有人上廁所就會(huì)打開(kāi)天花板的照明，避難者無(wú)法難得到充分休息。而且，因?yàn)閹窃诒茈y所外面臨時(shí)設(shè)置，踏出避難所又是漆黑一片。所以只能摸黑前往。臨時(shí)廁所里也沒(méi)有燈。

有了便攜燈之后，這些問(wèn)題迎刃而解。避難所里天花板的照明可不再頻繁地開(kāi)關(guān)，通往臨時(shí)廁所的通道和廁所里則亮起了燈光(圖2，圖3，圖4)。這實(shí)在令災(zāi)民感到高興?！白鳛橐环N生活必需品，災(zāi)民們選出了專(zhuān)人來(lái)負(fù)責(zé)日常的管理和白天的充電工作”(內(nèi)田)。

隨著若林區(qū)的避難所在7月初關(guān)閉，內(nèi)田等人回收了發(fā)放的便攜燈。從發(fā)放到回收，使用的時(shí)間大約是2個(gè)月。而石卷市的避難所至今仍在使用這種小型燈。

實(shí)用化就在眼前的色素增感型太陽(yáng)能電池

太陽(yáng)能電池之所以使用色素增感型太陽(yáng)能電池，首先是因?yàn)檫@種電池是瀨川研究室的研究課題，而且在技術(shù)上也比較適合此次的用途。具體來(lái)說(shuō)，(1)色素增感型太陽(yáng)能電池與其他眾多太陽(yáng)能電池不同，輸出電壓不易受光量增減的影響，(2)因?yàn)檩敵鲭妷旱淖兓?，所以為蓄電池充電時(shí)無(wú)需升壓電路，可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

一般來(lái)說(shuō)，硅類(lèi)等利用半導(dǎo)體PN結(jié)的太陽(yáng)能電池在照射大光量的強(qiáng)光時(shí)，會(huì)高密度產(chǎn)生電子等帶電粒子，使得效率增加，因此也常用于集光式太陽(yáng)能電池。另一方面，在照射弱光時(shí)，因?yàn)檩敵鲭妷罕旧斫档?，如果沒(méi)有電荷泵等升壓電路，產(chǎn)生的電力就難以利用。

與之相比，色素增感型太陽(yáng)能電池的輸出電壓不太依賴(lài)于光量，即使是在光量小的陰天，也能產(chǎn)生的電力。此次的便攜燈沒(méi)有使用升壓電路，而只是采用了關(guān)燈后隨即開(kāi)始充電的簡(jiǎn)單電路?！凹词故顷幪欤灰滋煲恢痹诔潆?，電力也足夠使用一個(gè)晚上”(瀨川)。

此前困擾色素增感型太陽(yáng)能電池的課題其解決也有了眉目。其中之一便是耐久性的問(wèn)題。色素增感型太陽(yáng)能電池容易發(fā)生漏液，這對(duì)于重視耐久性的太陽(yáng)能電池是致命缺點(diǎn)。但在最近，涌現(xiàn)出很多高耐久性的試制品，耐久性加速試驗(yàn)證實(shí)，其中某些甚至有望在室外使用15年以上?！按舜蔚男⌒蜔敉瑯幽陀茫跒?zāi)區(qū)使用的2個(gè)月內(nèi)，色素增感型太陽(yáng)能電池也完全沒(méi)有出現(xiàn)故障”(瀨川)。倒是有2例LED部分的故障。

另一個(gè)課題是轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于色素增感型太陽(yáng)能電池，微小單元轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)異數(shù)據(jù)雖然高達(dá)12%以上。但具有一定面積的模塊的轉(zhuǎn)換效率卻一直很低，1～2%甚至更低的情況也為數(shù)不少。不過(guò)，此次小型燈使用的DSSC電池板的轉(zhuǎn)換效率“雖未詳細(xì)測(cè)定，但應(yīng)該有5～8%”。

而且，瀨川研究室最近自主開(kāi)發(fā)出了新色素，該色素可以利用傳統(tǒng)色素幾乎無(wú)法利用的波長(zhǎng)在800nm以上的紅外區(qū)域的光。并已確認(rèn)了利用這種色素的串聯(lián)單元的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了11.3%。據(jù)稱(chēng)，今后通過(guò)優(yōu)化電流和電壓，轉(zhuǎn)換效率還有望進(jìn)一步提高。

順便一提，雖然相關(guān)人士對(duì)開(kāi)發(fā)的便攜燈持有“上市后很可能暢銷(xiāo)”的看法。但開(kāi)發(fā)廠(chǎng)商目前還沒(méi)有這個(gè)打算。即便如此，此次便攜燈在災(zāi)區(qū)所發(fā)揮的效用則確實(shí)令研究開(kāi)發(fā)相關(guān)人士信心大增。