最近，日本化學(xué)巨頭AISIN宣布，將在2025年實(shí)現(xiàn)薄膜鈣鈦礦太陽能電池的批量生產(chǎn)。
(相關(guān)資料圖)
鈣鈦礦太陽能電池，是一種有別于傳統(tǒng)太陽能電池的新技術(shù)，具有投資少，輕薄易彎折等優(yōu)勢。
日本為何要投2萬億豪賭鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)？
能趕超中國嗎？
一、鈣鈦礦電池
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，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(chǎn)業(yè)的聚焦點(diǎn)。
鈣鈦礦被發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)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(fā)一種有機(jī)色素太陽能電池技術(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。
簡單來說，太陽能電池是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)，將太陽能轉(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能電池半導(dǎo)體材料。
鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)
目前，太陽能電池的主要半導(dǎo)體材料是硅晶體，迄今已經(jīng)使用了70多年。
近二十年來，雖然太陽能電池領(lǐng)域中也出現(xiàn)了許多新材料，但是由于成本問題、對(duì)稀有材料依賴等因素，都無法取代傳統(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。
這主要來自于它得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。
一是能耗相對(duì)較低，污染相對(duì)較小。
鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)，不像傳統(tǒng)的硅基太陽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(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，鈣鈦礦電池的優(yōu)勢還是很明顯的。
二、2萬億豪賭
發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦電池的優(yōu)勢后，日本決定“搶占先機(jī)”，賭上一把。
日本政府斥資2萬億日元，日本的企業(yè)也積極參與到鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)的開發(fā)中。
鈣鈦礦太陽能電池要想商業(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)開發(fā)鈣鈦礦太陽能電池技術(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(fā)，在低溫生產(chǎn)和有機(jī)材料的應(yīng)用上獨(dú)樹一幟，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，在增加鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命方面進(jìn)行研發(fā)。
目前，日本鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化率已經(jīng)和傳統(tǒng)的硅基太陽能電池非常的接近，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。
三、為什么要豪賭
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(duì)于國土狹小的日本來說，能源問題一直是制約日本經(jīng)濟(jì)的最大瓶頸。
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。
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，來提高自己的能源自給率。
鈣鈦礦太陽能電池生產(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)完全國產(chǎn)化。
這對(duì)于資源稀少的日本，無疑是賭上國運(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，是奪回自己太陽能電池老大的地位。
太陽能電池產(chǎn)業(yè)最早興起于日本和德國，日本的京瓷和松下，曾經(jīng)是太陽能電池產(chǎn)業(yè)的龍頭。
中國太陽能電池產(chǎn)業(yè)的崛起，將日本的太陽能電池產(chǎn)業(yè)打得毫無還手之力。
根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù)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(jìn)，已經(jīng)占據(jù)了全球近一半的市場份額。
根據(jù)GlobalData的數(shù)據(jù)制作
硅基電池已是中國企業(yè)的天下。
日本想通過鈣鈦礦太陽能電池，重新對(duì)行業(yè)洗牌，趕超中國，奪回自己老大的地位。
四、日本會(huì)賭贏嗎？
日本要想贏，還得解決幾個(gè)問題。
一是技術(shù)問題。
鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)并非完美無缺，最大的問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)保問題，也是懸在其頭上的達(dá)摩克利斯之劍。
二是產(chǎn)業(yè)問題。
研發(fā)出技術(shù)只是第一步，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化才是重中之重。
日本國內(nèi)市場有限，又不具備太陽能電池的全產(chǎn)業(yè)鏈，這決定了其發(fā)展鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)，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(shù)，站在產(chǎn)業(yè)鏈的頂端，也切走了最大的一塊蛋糕。
其他企業(yè)是否還有動(dòng)力與之合作，也讓人存疑。
再者說，硅基電池技術(shù)已非常成熟，生態(tài)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(lǐng)先世界的技術(shù)，卻容易在產(chǎn)業(yè)競爭中失去話語權(quán)。
比較典型的就是新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)。
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(shù)專利。
日本氫能產(chǎn)業(yè)的專利數(shù)量
結(jié)果，卻是中美歐直接繞開氫能源，大力扶持電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，這也使得日本很難調(diào)整方向，導(dǎo)致其電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的滯后。
如果鈣鈦礦太陽能電池?zé)o法產(chǎn)業(yè)化，那么，日本恐怕又點(diǎn)錯(cuò)了科技樹。
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