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最近，日本化學(xué)巨頭AISIN宣布，將在2025年實(shí)現(xiàn)薄膜鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的批量生產(chǎn)。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，是一種有別于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的新技術(shù)，具有投資少，輕薄易彎折等優(yōu)勢(shì)。

日本為何要投2萬(wàn)億豪賭鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)？

能趕超中國(guó)嗎？

170多年前，俄羅斯的礦物學(xué)家列夫?普羅夫斯基在烏拉爾山脈上發(fā)現(xiàn)了一種具有立方體和鉆石結(jié)構(gòu)的礦物。

這種礦物主要分布在地球的地幔層，偶爾會(huì)有地表礦床存在。

在中國(guó)，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(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的聚焦點(diǎn)。

鈣鈦礦被發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用于太陽(yáng)能電池材料，完全是一次意外。

2002年開(kāi)始，日本曾大力開(kāi)發(fā)一種有機(jī)色素太陽(yáng)能電池技術(shù)，結(jié)果非常遺憾，失敗了。

在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的光反應(yīng)性。

這一新發(fā)現(xiàn)，讓日本的科學(xué)家熱血沸騰。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。

鈣鈦礦化合物較強(qiáng)的光反應(yīng)性，讓其有可能成為一種非常好的太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)

目前，太陽(yáng)能電池的主要半導(dǎo)體材料是硅晶體，迄今已經(jīng)使用了70多年。

近二十年來(lái)，雖然太陽(yáng)能電池領(lǐng)域中也出現(xiàn)了許多新材料，但是由于成本問(wèn)題、對(duì)稀有材料依賴等因素，都無(wú)法取代傳統(tǒng)的硅基電池，這也使得硅基電池一直霸占著約95%的市場(chǎng)份額。

日本科學(xué)家相信，鈣鈦礦電池有可能挑戰(zhàn)硅基電池的霸主地位。

這主要來(lái)自于它得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

一是能耗相對(duì)較低，污染相對(duì)較小。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，不像傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池那樣在大尺寸的硅片生產(chǎn)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(diǎn)，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(yáng)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(chǎn)，在生產(chǎn)設(shè)備上的投資比傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)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(yáng)能電池的優(yōu)點(diǎn)，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(yáng)能那么死板，只能是單調(diào)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(lǐng)域得到應(yīng)用。

可見(jiàn)，鈣鈦礦電池的優(yōu)勢(shì)還是很明顯的。

發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦電池的優(yōu)勢(shì)后，日本決定“搶占先機(jī)”，賭上一把。

日本政府斥資2萬(wàn)億日元，日本的企業(yè)也積極參與到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)中。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池要想商業(yè)化，首先要提高光電轉(zhuǎn)化率。

在日本學(xué)界、企業(yè)的共同努力下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率從2%提高到了25%。

這種研發(fā)速度是驚人的，相當(dāng)于其他太陽(yáng)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(fā)階段的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池基本上都是靠手工制作，所以在性能上非常不穩(wěn)定。

為了消除這種不穩(wěn)定性，桐蔭橫濱大學(xué)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化鈣鈦礦膜的成膜技術(shù)。

日本媒體對(duì)桐蔭橫濱大學(xué)開(kāi)發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的報(bào)道

東芝和日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)合作，在現(xiàn)有的涂布技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的大面積化。

日本星電也在2021年介入鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)，在低溫生產(chǎn)和有機(jī)材料的應(yīng)用上獨(dú)樹(shù)一幟，大大縮減了生產(chǎn)成本。

理光集團(tuán)和桐蔭橫濱大學(xué)的團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化鈣鈦礦膜的成膜技術(shù)。

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

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制作工藝

目前，日本鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)和傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池非常的接近，生產(chǎn)的工藝也逐漸成熟，已經(jīng)達(dá)到了可以大批量生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化水平。

日本為什么要豪賭鈣鈦礦太陽(yáng)能電池？

這還得從日本的能源問(wèn)題說(shuō)起。

眾所周知，對(duì)于國(guó)土狹小的日本來(lái)說(shuō)，能源問(wèn)題一直是制約日本經(jīng)濟(jì)的較大瓶頸。

隨著東日本大地震時(shí)福島核泄漏事件的發(fā)生，日本對(duì)于核能的利用也變得特別嚴(yán)格，只能靠重啟傳統(tǒng)的火力發(fā)電來(lái)維持經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

有數(shù)據(jù)顯示，化石能源發(fā)電占了日本發(fā)電總量的60%以上。

日本被迫重啟火力發(fā)電 圖為日本北海道苫東厚真火力發(fā)電廠

然而，日本煤炭、石油、天然氣的儲(chǔ)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?zhèn)鹘y(tǒng)能源的新能源，來(lái)提高自己的能源自給率。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的原材料幾乎不需要進(jìn)口，如果技術(shù)成熟，日本有可能實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化。

這對(duì)于資源稀少的日本，無(wú)疑是賭上國(guó)運(yùn)也要去試一試的機(jī)會(huì)。

除了能源安全，日本的另一個(gè)野心，是奪回自己太陽(yáng)能電池老大的地位。

太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)較早興起于日本和德國(guó)，日本的京瓷和松下，曾經(jīng)是太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的龍頭。

中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)的崛起，將日本的太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)打得毫無(wú)還手之力。

根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù)可知，大約15年前，中國(guó)的市場(chǎng)份額還幾乎為零，但是這些年突飛猛進(jìn)，已經(jīng)占據(jù)了全球近一半的市場(chǎng)份額。

根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù)制作

硅基電池已是中國(guó)企業(yè)的天下。

日本想通過(guò)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，重新對(duì)行業(yè)洗牌，趕超中國(guó)，奪回自己老大的地位。

日本要想贏，還得解決幾個(gè)問(wèn)題。

一是技術(shù)問(wèn)題。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)并非完美無(wú)缺，較大的問(wèn)題就是鈣鈦礦的不穩(wěn)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(dòng)。

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(yè)使用可能會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成破壞。

環(huán)保問(wèn)題，也是懸在其頭上的達(dá)摩克利斯之劍。

二是產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。

研發(fā)出技術(shù)只是初步，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化才是重中之重。

日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有限，又不具備太陽(yáng)能電池的全產(chǎn)業(yè)鏈，這決定了其發(fā)展鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)，必須依賴國(guó)際合作。