《日經(jīng)電子》2011年10月17日號(hào)的專輯“太陽能電池生存之道”，介紹了在現(xiàn)有太陽能電池技術(shù)快速商品化的形勢(shì)下，為在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的以超高效率及超低成本為目標(biāo)的太陽能電池技術(shù)群。比如，可將迄今最多只有30～40％的太陽能利用效率提高至幾乎100％的技術(shù)，以及有望將目前100日元/W～200日元/W的太陽能電池模塊制造成本大幅降至5日元/W或更低的技術(shù)等。盡管要走的路還很長(zhǎng)，但如果能實(shí)現(xiàn)，則世界將為之改變。

　　實(shí)際上，作為其基礎(chǔ)的理論及技術(shù)體系，目前正在逐步發(fā)展為不僅可開啟太陽能電池，甚至還有電子技術(shù)新模式的技術(shù)體系。具有代表性的是名為“強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系”的材料群。或許很多人都是第一次聽說這種體系，但其正在成為物性物理學(xué)中可與半導(dǎo)體相提并論的理論體系。

　　這里嘗試盡可能直觀地介紹一下該體系。此前許多數(shù)電子材料都是基于將原子排列的變化，即固體到液體再到氣體的變化，以及其中電子等載流子（帶電粒子）的流動(dòng)視為“波”的技術(shù)體系。

　　筆者上大學(xué)時(shí)，《基特爾固體物理學(xué)導(dǎo)論》是物性物理學(xué)的經(jīng)典教材。大學(xué)一年級(jí)課程最先學(xué)習(xí)的是半導(dǎo)體的基本狀態(tài)“布洛赫狀態(tài)”及能帶理論。

　　然而，最近大學(xué)好像不再積極教授這些理論了。取而代之成為新經(jīng)典的理論是“莫特絕緣態(tài)”及“莫特轉(zhuǎn)變”等。

主角由“原子”及“電子波”變成“電子粒子”

　　估計(jì)有人也是第一次聽說這種理論。新經(jīng)典理論與以往的經(jīng)典理論的最大區(qū)別在于如何看待電子。新理論將電子視為“粒子”而不是“波”。而且，從材料的狀態(tài)變化考慮，電子也取代原子變成了主角。

　　此前，固體是原子或分子的固定排列而不會(huì)互相移動(dòng)的材料狀態(tài)，液體是原子或分子可在一定程度上自由變換位置的材料狀態(tài)。而在以氧化物為主的材料群中，人們發(fā)現(xiàn)了不同條件下電子會(huì)表現(xiàn)得像固體或液體一樣的材料。莫特絕緣態(tài)等是在解釋、分析此類材料的過程中發(fā)展起來的理論，并由此衍生出了“電子晶體”、“電子液晶”及“電子液體”等詞。當(dāng)然，電流不能通過電子晶體，但能通過電子液體。將這一區(qū)別與原來的絕緣體、半導(dǎo)體及金屬的區(qū)別相對(duì)應(yīng)，人們正考慮將其用于多種用途。

　　這些以電子為主角的材料正是篇首提到的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料。最近，相關(guān)論文以及將其用于新一代電子元件的研發(fā)實(shí)例均激增。

　　強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料的最大優(yōu)勢(shì)是，很可能會(huì)用于具有超越以往常識(shí)的超低功耗及高速響應(yīng)等各種功能的元件。其原因是，與大而重的原子不同，尺寸及重量均小一個(gè)數(shù)量級(jí)的電子群，只需交換極少的能量就能發(fā)生相變（莫特轉(zhuǎn)變）。弱磁場(chǎng)、弱電場(chǎng)、微小壓力及微弱的光線等，均可代替以往引起材料相變的潛熱而成為觸發(fā)源。而且，還能以非常高的速度切換。

高溫超導(dǎo)技術(shù)是源流

　　此類技術(shù)已開始了實(shí)用化。比如，松下馬上要量產(chǎn)的“ReRAM”（可變電阻式存儲(chǔ)器）等就是如此。

　　雖達(dá)不到強(qiáng)相關(guān)電子體系材料的水平，但很多近緣技術(shù)正在實(shí)用化。比如，采用強(qiáng)介電體及強(qiáng)磁性體的各種壓電元件、MRAM（磁存儲(chǔ)器）、PRAM（相變存儲(chǔ)器）及FeRAM（強(qiáng)介電體存儲(chǔ)器）等。

　　而且，因其發(fā)現(xiàn)而獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的二維碳材料石墨烯等，也是可稱為強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料近親的“拓?fù)浣^緣體”材料群之一。可以說這些技術(shù)正作為新一代電子技術(shù)群不斷逼近半導(dǎo)體。

　　順便一提，其實(shí)這些材料的源流是1980年代曾經(jīng)大熱的高溫超導(dǎo)材料。這是由于“莫特絕緣態(tài)等的研究體系是由高溫超導(dǎo)研究人員建立的”（目前從事強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料的研究人員）。

　　目前有人指出，這種強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料有望對(duì)超高效率、超低成本的新一代太陽能電池作出貢獻(xiàn)。而且已有研究人員采用強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系材料試制出了太陽能電池。

　　2010年全球太陽能電池市場(chǎng)規(guī)模為6.5萬億日元（美國(guó)Solarbuzz公司），僅日本國(guó)內(nèi)就達(dá)到了6553億日元（矢野經(jīng)濟(jì)研究所）。預(yù)計(jì)該市場(chǎng)今后會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，可以說太陽能電池技術(shù)將會(huì)引領(lǐng)全球的研究及市場(chǎng)。

　　如果研究費(fèi)投入集中的太陽能電池能夠取得成果，就能加快太陽能電池以外的其他領(lǐng)域的研究及應(yīng)用速度。比如，有的研究人員的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過室溫的400K（約127℃）超導(dǎo)技術(shù)。這意味著高溫超導(dǎo)研究撒下的種子有望轉(zhuǎn)化為劃時(shí)代的太陽能電池，并重新使高溫超導(dǎo)技術(shù)全面開花結(jié)果。（記者：野澤 哲生，《日經(jīng)電子》）