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正解局出品

最近，日本化學巨頭AISIN宣布，將在2025年實現薄膜鈣鈦礦太陽能電池的批量生產。

(資料圖)

鈣鈦礦太陽能電池，是一種有別于傳統太陽能電池的新技術，具有投資少，輕薄易彎折等優勢。

日本為何要投2萬億豪賭鈣鈦礦太陽能電池技術？

能趕超中國嗎？

170多年前，俄羅斯的礦物學家列夫?普羅夫斯基在烏拉爾山脈上發現了一種具有立方體和鉆石結構的礦物。

這種礦物主要分布在地球的地幔層，偶爾會有地表礦床存在。

在中國，這種礦物的名稱我們翻譯為鈣鈦礦。

鈣鈦礦礦石

就是這種不起眼的礦物，在170年后的今天，成為太陽能電池產業的聚焦點。

鈣鈦礦被發現可以應用于太陽能電池材料，完全是一次意外。

2002年開始，日本曾大力開發一種有機色素太陽能電池技術，結果非常遺憾，失敗了。

在實驗中，科學家發現實驗雖然失敗了，但是其中使用的鈣鈦礦化合物自身卻有非常強的光反應性。

這一新發現，讓日本的科學家熱血沸騰。

簡單來說，太陽能電池是利用半導體材料的光電效應，將太陽能轉換成電能的裝置。

鈣鈦礦化合物較強的光反應性，讓其有可能成為一種非常好的太陽能電池半導體材料。

鈣鈦礦太陽能電池的結構

目前，太陽能電池的主要半導體材料是硅晶體，迄今已經使用了70多年。

近二十年來，雖然太陽能電池領域中也出現了許多新材料，但是由于成本問題、對稀有材料依賴等因素，都無法取代傳統的硅基電池，這也使得硅基電池一直霸占著約95%的市場份額。

日本科學家相信，鈣鈦礦電池有可能挑戰硅基電池的霸主地位。

這主要來自于它得天獨厚的優勢。

一是能耗相對較低，污染相對較小。

鈣鈦礦太陽能電池的生產，不像傳統的硅基太陽能電池那樣在大尺寸的硅片生產中需要大量的能耗和大量的淡水。

二是制造成本低。

硅基電池由于太薄則容易斷裂的缺點，所以必須要貼在有一定厚度的玻璃板上。

鈣鈦礦電池則使用ITO/FTO基板，所以在制造成本上非常便宜。

在制作工藝上，鈣鈦礦太陽能電池由溶液法制造，可以用狹縫涂布、打印、刮刀涂布工藝生產，在生產設備上的投資比傳統的硅基太陽能電池要小得多。

三是更薄更柔軟。

鈣鈦礦電池很好地吸收了第二代太陽能電池的優點，成品特別的輕薄柔軟，柔軟到可以任意彎曲折疊，在形狀上也不像硅基太陽能那么死板，只能是單調的四方形。

這種輕薄柔軟的特性，使得鈣鈦礦電池可以貼在建筑的墻壁上，而不需要支撐物，也可以貼在汽車的外壁，可以在更多更廣的領域得到應用。

可見，鈣鈦礦電池的優勢還是很明顯的。

發現了鈣鈦礦電池的優勢后，日本決定“搶占先機”，賭上一把。

日本政府斥資2萬億日元，日本的企業也積極參與到鈣鈦礦太陽能電池產業的開發中。

鈣鈦礦太陽能電池要想商業化，首先要提高光電轉化率。

在日本學界、企業的共同努力下，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化率從2%提高到了25%。

這種研發速度是驚人的，相當于其他太陽能材料40年要走的路，日本10年就走完了。

在制造工藝上，由于研發階段的鈣鈦礦太陽能電池基本上都是靠手工制作，所以在性能上非常不穩定。

為了消除這種不穩定性，桐蔭橫濱大學的團隊開發了自動化鈣鈦礦膜的成膜技術。

日本媒體對桐蔭橫濱大學開發鈣鈦礦太陽能電池技術的報道

東芝和日本新能源產業技術綜合開發機構合作，在現有的涂布技術上實現了鈣鈦礦太陽能電池的大面積化。

日本星電也在2021年介入鈣鈦礦太陽能電池的開發，在低溫生產和有機材料的應用上獨樹一幟，大大縮減了生產成本。

理光集團和桐蔭橫濱大學的團隊共同開發了自動化鈣鈦礦膜的成膜技術。

三菱材料則在鈣鈦礦太陽能電池生產所需要的周邊材料上下功夫，在增加鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命方面進行研發。

鈣鈦礦太陽能電池制作工藝

目前，日本鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化率已經和傳統的硅基太陽能電池非常的接近，生產的工藝也逐漸成熟，已經達到了可以大批量生產的產業化水平。

日本為什么要豪賭鈣鈦礦太陽能電池？

這還得從日本的能源問題說起。

眾所周知，對于國土狹小的日本來說，能源問題一直是制約日本經濟的最大瓶頸。

隨著東日本大地震時福島核泄漏事件的發生，日本對于核能的利用也變得特別嚴格，只能靠重啟傳統的火力發電來維持經濟的正常運轉。

有數據顯示，化石能源發電占了日本發電總量的60%以上。

日本被迫重啟火力發電 圖為日本北海道苫東厚真火力發電廠

然而，日本煤炭、石油、天然氣的儲量都少得可憐，這也使得日本的能源自給率一直徘徊在12%左右。

所以日本一直在尋找可代替傳統能源的新能源，來提高自己的能源自給率。

鈣鈦礦太陽能電池生產的原材料幾乎不需要進口，如果技術成熟，日本有可能實現完全國產化。

這對于資源稀少的日本，無疑是賭上國運也要去試一試的機會。

除了能源安全，日本的另一個野心，是奪回自己太陽能電池老大的地位。

太陽能電池產業最早興起于日本和德國，日本的京瓷和松下，曾經是太陽能電池產業的龍頭。

中國太陽能電池產業的崛起，將日本的太陽能電池產業打得毫無還手之力。

根據GlobalData的數據可知，大約15年前，中國的市場份額還幾乎為零，但是這些年突飛猛進，已經占據了全球近一半的市場份額。

根據GlobalData的數據制作

硅基電池已是中國企業的天下。

日本想通過鈣鈦礦太陽能電池，重新對行業洗牌，趕超中國，奪回自己老大的地位。

日本要想贏，還得解決幾個問題。

一是技術問題。

鈣鈦礦太陽能電池技術并非完美無缺，最大的問題就是鈣鈦礦的不穩定性。

鈣鈦礦比較容易受氧氣和水的影響，容易老化，從而影響電子的有效移動。

此外，鈣鈦礦化合物的溶出物中含有有毒的鉛成分，大量的商業使用可能會對環境構成破壞。

環保問題，也是懸在其頭上的達摩克利斯之劍。

二是產業問題。

研發出技術只是第一步，實現產業化、規?；攀侵刂兄?。

日本國內市場有限，又不具備太陽能電池的全產業鏈，這決定了其發展鈣鈦礦太陽能電池產業，必須依賴國際合作。

目前看，日本掌握了鈣鈦礦太陽能電池的大部分技術，站在產業鏈的頂端，也切走了最大的一塊蛋糕。

其他企業是否還有動力與之合作，也讓人存疑。

再者說，硅基電池技術已非常成熟，生態體系十分完備。

鈣鈦礦太陽能電池想取而代之，恐怕沒那么容易。

日本擁有許多領先世界的技術，卻容易在產業競爭中失去話語權。

比較典型的就是新能源電動汽車產業。

日本豪賭氫能源汽車，一口氣掌握了全球超過60%的氫能源技術專利。

日本氫能產業的專利數量

結果，卻是中美歐直接繞開氫能源，大力扶持電動汽車產業，這也使得日本很難調整方向，導致其電動汽車產業發展的滯后。

如果鈣鈦礦太陽能電池無法產業化，那么，日本恐怕又點錯了科技樹。

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