以照明的光線作為遙控器和鐘表的電源，無需布線即可使傳感器網絡遍布家中——羅姆正在開發(fā)為這種環(huán)境實現的太陽能發(fā)電面板。那就是色素增感型光電轉換元件（Dye Sensitized Solar Cell，以下DSC）。

　　雖說是太陽能發(fā)電，但該公司要用作DSC光源的光卻是室內光。他們所描繪的前景是，用DSC回收投入照明的部分能源，用作家中小家電的電源。

　　DSC利用吸收了光的色素會釋放電子的現象來發(fā)電。其結構比較簡單：使由氧化鈦（TiO2）微粒構成的納米多孔膜的表面吸附色素，然后用設有透明電極的兩塊基板將其與電解液一起夾?。▓D1）。

圖1：色素增感型太陽能電池（DSC）的原理

　　將TiO2納米多孔膜上吸附有色素分子的光半導體膜與電解液一起封裝在基板上。當光照到色素上時，能釋放出電子，產生電流。圖根據羅姆的資料繪制而成。

因能通過改變使用色素的顏色，而在某種程度上調整顏色，因此與烏黑的硅（Si）型光電轉換元件相比，具有能夠制成多種顏色面板的優(yōu)點（圖2）。

圖2：能制成多種顏色面板的DSC

　　使用幾種顏色的色素制成的扇型面板。但照片上的產品未布線，不能發(fā)電。

　　羅姆注重了DSC的設計性。因為最初就考慮使其成為與室內布置相協調的小型電源。DSC半透明，因此還考慮嵌入玻璃中使用。如果與室內裝飾等搭配，可制成一眼看不出有發(fā)電功能的設備?；宀牧铣Ａ?，還能使用樹脂等，因此如果以柔軟的樹脂作為基板，還能實現可彎曲的面板。

　　制造成本比較低也是一個特點。與普遍使用的室外用單晶硅型光電轉換元件不同，DSC無需真空工序，因此在低溫下制造即可。具體成本未公布，不過“如果量產，可以降低制造成本（降至實用水平）”（該公司研究開發(fā)總部融合元件研發(fā)中心主任奧良彰）。

最適合傳感器網絡

　　羅姆現在將DSC定位于從周圍環(huán)境獲取能源的能量采集器件在開發(fā)。比如，為便攜產品的充電器供電，作為小型音頻播放器、遙控器及掛鐘的電源等（圖3）。如果能作為穩(wěn)定電源使用，那么在室內就無需布置為小電器供電的電線了，還可省去更換電池的麻煩。

圖3：在室內使用DSC

　　設想作為便攜式小型電器、遙控器及鐘表等的電源使用。圖根據羅姆的資料繪制而成。

　　其他被寄予厚望的用途是傳感器網絡用電源。因為在人活動的場所基本都有照明，因此與振動發(fā)電和熱電轉換等其他能量采集方式相比，DSC能夠穩(wěn)定確保電源。如果如下文所述與蓄電器件組合，還能在就寢后的黑暗場所使用。

　　由于DSC輕便且設計性高，因此適合作為在人感傳感器、測量室內環(huán)境的溫濕度計及保健用傳感器等上組合有通信模塊的室內用及人體用傳感器節(jié)點的電源使用。

　　DSC適合利用照明光線的原因在于其發(fā)電特性。普通Si型太陽能發(fā)電面板利用的是以波長在1100nm左右的近紅外線為中心的光。而DSC利用熒光燈及LED等主要發(fā)出400n～700nm以上波長的光線發(fā)電。DSC雖然趕不上轉換效率在20％以上的Si型太陽能發(fā)電面板，但如果限定于波長400n～700nm的光線，DSC的轉換效率卻是Si型太陽能發(fā)電面板的數倍＊。

　?。SC難以大型化，是其用途鎖定在部件電源、便攜設備及在室內使用的電器的電源上的原因之一?？墒褂檬覂裙獾奶柲馨l(fā)電面板還有非晶Si型，但目前DSC獲得的電流比非晶Si型高2～3成

與IC和蓄電技術相結合合

　　羅姆開始開發(fā)DSC是在2009年。源于其收購的原沖半導體擁有有機薄膜成形技術。不過，DSC的原理以前就廣為人知，其他公司也在開發(fā)。因此，羅姆提出了將DSC與其所擅長的IC和其他元件組合，作為模塊提供以發(fā)揮優(yōu)勢的戰(zhàn)略。

　　如果將DSC與能快速充放電的雙電層電容器（EDLC）組合使用，則能夠以DSC為緩沖平均輸出功率。就上述的傳感器節(jié)點而言，小面板的輸出功率很難滿足常開傳感器和無線通信功能的功耗，但在EDLC上蓄電進行間歇驅動就可行。如果一下子釋放，還能夠像攝影用閃光燈那樣使用。

　　與現有IC技術組合也有望實現乘積效應。比如，該公司已在提供太陽能發(fā)電用，配備有MPPT（Maximum Power Point Tracking）功能的充電控制用IC。MPPT是相應于連接到太陽能發(fā)電面板的負荷狀態(tài)和照度變化，控制電壓以使太陽能發(fā)電面板的輸出功率最大化的功能。如果在其基礎上開發(fā)DSC用充電控制IC，則能夠進一步發(fā)揮DSC的作用。另外，從事傳感器用IC等業(yè)務的該公司的優(yōu)勢在于，能夠將DSC與這些技術組合，提供傳感器網絡用模塊。

轉換效率和可靠性是關鍵

　　羅姆已多次在展會上展出試制品，基礎技術已基本確立（圖4）。現在正根據需求，著眼于數年后的實用化進行開發(fā)。目前面臨的課題是提高轉換效率和提高可靠性。雖然在室內光的波長范圍內擁有較高的轉換效率，但DSC仍趕不上Si型。并且，如果設想在家庭中使用，那么就不只是像辦公室那樣照度接近1000lx的明亮場所，還需要將200～300lx左右的低照度也能作為電源使用的轉換效率。“現在以1000lx的照度，發(fā)電能力不足50μW/cm2，但希望2、3年內提高2～3成”（奧良彰）。

圖4：使用DSC的試制品

　　在2011年7月的“TECHNO FRONTIER 2011”上展出的試制品。電源有采用3色面板的鐘表（a）、計算器（b）、配備有使用ZigBee的無線通信功能和溫度傳感器的無線傳感器模塊（c）。

　　長期穩(wěn)定運行的可靠性也是不可或缺的。雖然室內的使用環(huán)境不像室外那樣苛刻，但“希望其具有能夠使用10年左右不出問題的耐用性”（奧良彰）。如何減小受光部分周圍框架的布線和延長壽命尤為關鍵?？紤]到耐用性，粗一點更好，但從設計性出發(fā)，則是越細越好。兼顧兩者將是今后的課題。