日本東京大學尖端科學技術研究中心教授瀨川浩司的研發(fā)小組及其合作廠商，用色素增感型太陽能電池（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區(qū)的兩個地點發(fā)放使用。“DSSC在日本量產(chǎn)，并在社會中發(fā)揮作用此為首次”（東大特聘副教授內田聰）。
　　此次制做的便攜燈是將瀨川研究室的合作研究伙伴廠商自主開發(fā)的手掌大小色素增感型太陽能電池板、用手按壓發(fā)光部即可點亮的市售LED燈以及蓄電池（圖1）相組合制成的。蓄電池使用兩節(jié)5號鎳氫充電電池。電池無需更換，只需白天照射陽光，色素增感型太陽能電池即可將蓄電池充滿，“可以使LED連續(xù)點亮約20個小時”（瀨川）。
 

地震后1個月內制做了100盞
　　瀨川研究室的成員內田的家鄉(xiāng)在日本的東北地區(qū)，在地震剛過的2011年3月14日，瀨川就提出了“能不能用色素增感型太陽能電池為災區(qū)做點什么”的建議。合作廠商也積極響應，隨即開始了便攜燈的開發(fā)。便攜燈在約1個月的時間內制成了100盞，于5月3日運往災區(qū)免費發(fā)放使用。
　　發(fā)放便攜燈的地點是海嘯受災嚴重的宮城縣仙臺市若林區(qū)和石卷市的兩處避難所。每處各為50臺。“發(fā)放地點是有200人左右的避難所，考慮到發(fā)放使用后的維護，通過現(xiàn)場視察，選擇了通車的地方”（內田）。
　　直到發(fā)放之前，內田心中都在擔心“這盞燈能有多大的用處”。但這不過是杞人憂天，便攜燈給當?shù)氐娜藗儙淼南矏偞蟠蟪隽藘忍锏念A料。
　　在發(fā)放之時，因為避難所大多是學校的體育館，所以夜間照明一直令災民頭痛。如果不打開天花板的照明，室內就漆黑一片舉步艱難，但開燈，則會一片燈火通明，把已經(jīng)睡著的人驚醒。晚上一有人上廁所就會打開天花板的照明，避難者無法難得到充分休息。而且，因為廁所是在避難所外面臨時設置，踏出避難所又是漆黑一片。所以只能摸黑前往。臨時廁所里也沒有燈。
　　有了便攜燈之后，這些問題迎刃而解。避難所里天花板的照明可不再頻繁地開關，通往臨時廁所的通道和廁所里則亮起了燈光（圖2，圖3，圖4）。這實在令災民感到高興。“作為一種生活必需品，災民們選出了專人來負責日常的管理和白天的充電工作”（內田）。
 

　　隨著若林區(qū)的避難所在7月初關閉，內田等人回收了發(fā)放的便攜燈。從發(fā)放到回收，使用的時間大約是2個月。而石卷市的避難所至今仍在使用這種小型燈。
實用化就在眼前的色素增感型太陽能電池
　太陽能電池之所以使用色素增感型太陽能電池，首先是因為這種電池是瀨川研究室的研究課題，而且在技術上也比較適合此次的用途。具體來說，（1）色素增感型太陽能電池與其他眾多太陽能電池不同，輸出電壓不易受光量增減的影響，（2）因為輸出電壓的變化小，所以為蓄電池充電時無需升壓電路，可以簡化電路設計。
　　一般來說，硅類等利用半導體PN結的太陽能電池在照射大光量的強光時，會高密度產(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能電池。另一方面，在照射弱光時，因為輸出電壓本身降低，如果沒有電荷泵等升壓電路，產(chǎn)生的電力就難以利用。
　　與之相比，色素增感型太陽能電池的輸出電壓不太依賴于光量，即使是在光量小的陰天，也能產(chǎn)生的電力。此次的便攜燈沒有使用升壓電路，而只是采用了關燈后隨即開始充電的簡單電路。“即使是陰天，只要白天一直在充電，電力也足夠使用一個晚上”（瀨川）。
　　此前困擾色素增感型太陽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題。色素增感型太陽能電池容易發(fā)生漏液，這對于重視耐久性的太陽能電池是致命缺點。但在最近，涌現(xiàn)出很多高耐久性的試制品，耐久性加速試驗證實，其中某些甚至有望在室外使用15年以上。“此次的小型燈同樣耐用，在災區(qū)使用的2個月內，色素增感型太陽能電池也完全沒有出現(xiàn)故障”（瀨川）。倒是有2例LED部分的故障。
　　另一個課題是轉換效率。對于色素增感型太陽能電池，微小單元轉換效率的優(yōu)異數(shù)據(jù)雖然高達12％以上。但具有一定面積的模塊的轉換效率卻一直很低，1～2％甚至更低的情況也為數(shù)不少。不過，此次小型燈使用的DSSC電池板的轉換效率“雖未詳細測定，但應該有5～8％”。
　　而且，瀨川研究室最近自主開發(fā)出了新色素，該色素可以利用傳統(tǒng)色素幾乎無法利用的波長在800nm以上的紅外區(qū)域的光。并已確認了利用這種色素的串聯(lián)單元的轉換效率達到了11.3％。據(jù)稱，今后通過優(yōu)化電流和電壓，轉換效率還有望進一步提高。
　　順便一提，雖然相關人士對開發(fā)的便攜燈持有“上市后很可能暢銷”的看法。但開發(fā)廠商目前還沒有這個打算。即便如此，此次便攜燈在災區(qū)所發(fā)揮的效用則確實令研究開發(fā)相關人士信心大增。（記者：野澤哲生）