最近，日本化学巨头AISIN宣布，将在2025年实现薄膜钙钛矿太阳能电池的批量生产。

(资料图)

钙钛矿太阳能电池，是一种有别于传统太阳能电池的新技术，具有投资少，轻薄易弯折等优势。

日本为何要投2万亿豪赌钙钛矿太阳能电池技术？

能赶超中国吗？

170多年前，俄罗斯的矿物学家列夫・普罗夫斯基在乌拉尔山脉上发现了一种具有立方体和钻石结构的矿物。

这种矿物主要分布在地球的地幔层，偶尔会有地表矿床存在。

在中国，这种矿物的名称我们翻译为钙钛矿。

钙钛矿矿石

就是这种不起眼的矿物，在170年后的今天，成为太阳能电池产业的聚焦点。

钙钛矿被发现可以应用于太阳能电池材料，完全是一次意外。

2002年开始，日本曾大力开发一种有机色素太阳能电池技术，结果非常遗憾，失败了。

在实验中，科学家发现实验虽然失败了，但是其中使用的钙钛矿化合物自身却有非常强的光反应性。

这一新发现，让日本的科学家热血沸腾。

简单来说，太阳能电池是利用半导体材料的光电效应，将太阳能转换成电能的装置。

钙钛矿化合物较强的光反应性，让其有可能成为一种非常好的太阳能电池半导体材料。

钙钛矿太阳能电池的结构

目前，太阳能电池的主要半导体材料是硅晶体，迄今已经使用了70多年。

近二十年来，虽然太阳能电池领域中也出现了许多新材料，但是由于成本问题、对稀有材料依赖等因素，都无法取代传统的硅基电池，这也使得硅基电池一直霸占着约95%的市场份额。

日本科学家相信，钙钛矿电池有可能挑战硅基电池的霸主地位。

这主要来自于它得天独厚的优势。

一是能耗相对较低，污染相对较小。

钙钛矿太阳能电池的生产，不像传统的硅基太阳能电池那样在大尺寸的硅片生产中需要大量的能耗和大量的淡水。

二是制造成本低。

硅基电池由于太薄则容易断裂的缺点，所以必须要贴在有一定厚度的玻璃板上。

钙钛矿电池则使用ITO/FTO基板，所以在制造成本上非常便宜。

在制作工艺上，钙钛矿太阳能电池由溶液法制造，可以用狭缝涂布、打印、刮刀涂布工艺生产，在生产设备上的投资比传统的硅基太阳能电池要小得多。

三是更薄更柔软。

钙钛矿电池很好地吸收了第二代太阳能电池的优点，成品特别的轻薄柔软，柔软到可以任意弯曲折叠，在形状上也不像硅基太阳能那么死板，只能是单调的四方形。

这种轻薄柔软的特性，使得钙钛矿电池可以贴在建筑的墙壁上，而不需要支撑物，也可以贴在汽车的外壁，可以在更多更广的领域得到应用。

可见，钙钛矿电池的优势还是很明显的。

发现了钙钛矿电池的优势后，日本决定“抢占先机”，赌上一把。

日本政府斥资2万亿日元，日本的企业也积极参与到钙钛矿太阳能电池产业的开发中。

钙钛矿太阳能电池要想商业化，首先要提高光电转化率。

在日本学界、企业的共同努力下，钙钛矿太阳能电池的光电转化率从2%提高到了25%。

这种研发速度是惊人的，相当于其他太阳能材料40年要走的路，日本10年就走完了。

在制造工艺上，由于研发阶段的钙钛矿太阳能电池基本上都是靠手工制作，所以在性能上非常不稳定。

为了消除这种不稳定性，桐荫横滨大学的团队开发了自动化钙钛矿膜的成膜技术。

日本媒体对桐荫横滨大学开发钙钛矿太阳能电池技术的报道

东芝和日本新能源产业技术综合开发机构合作，在现有的涂布技术上实现了钙钛矿太阳能电池的大面积化。

日本星电也在2021年介入钙钛矿太阳能电池的开发，在低温生产和有机材料的应用上独树一帜，大大缩减了生产成本。

理光集团和桐荫横滨大学的团队共同开发了自动化钙钛矿膜的成膜技术。

三菱材料则在钙钛矿太阳能电池生产所需要的周边材料上下功夫，在增加钙钛矿太阳能电池的使用寿命方面进行研发。

钙钛矿太阳能电池制作工艺

目前，日本钙钛矿太阳能电池的光电转化率已经和传统的硅基太阳能电池非常的接近，生产的工艺也逐渐成熟，已经达到了可以大批量生产的产业化水平。

日本为什么要豪赌钙钛矿太阳能电池？

这还得从日本的能源问题说起。

众所周知，对于国土狭小的日本来说，能源问题一直是制约日本经济的最大瓶颈。

随着东日本大地震时福岛核泄漏事件的发生，日本对于核能的利用也变得特别严格，只能靠重启传统的火力发电来维持经济的正常运转。

有数据显示，化石能源发电占了日本发电总量的60%以上。

日本被迫重启火力发电 图为日本北海道苫东厚真火力发电厂

然而，日本煤炭、石油、天然气的储量都少得可怜，这也使得日本的能源自给率一直徘徊在12%左右。

所以日本一直在寻找可代替传统能源的新能源，来提高自己的能源自给率。

钙钛矿太阳能电池生产的原材料几乎不需要进口，如果技术成熟，日本有可能实现完全国产化。

这对于资源稀少的日本，无疑是赌上国运也要去试一试的机会。

除了能源安全，日本的另一个野心，是夺回自己太阳能电池老大的地位。

太阳能电池产业最早兴起于日本和德国，日本的京瓷和松下，曾经是太阳能电池产业的龙头。

中国太阳能电池产业的崛起，将日本的太阳能电池产业打得毫无还手之力。

根据GlobalData的数据可知，大约15年前，中国的市场份额还几乎为零，但是这些年突飞猛进，已经占据了全球近一半的市场份额。

根据GlobalData的数据制作

硅基电池已是中国企业的天下。

日本想通过钙钛矿太阳能电池，重新对行业洗牌，赶超中国，夺回自己老大的地位。

日本要想赢，还得解决几个问题。

一是技术问题。

钙钛矿太阳能电池技术并非完美无缺，最大的问题就是钙钛矿的不稳定性。

钙钛矿比较容易受氧气和水的影响，容易老化，从而影响电子的有效移动。

此外，钙钛矿化合物的溶出物中含有有毒的铅成分，大量的商业使用可能会对环境构成破坏。

环保问题，也是悬在其头上的达摩克利斯之剑。

二是产业问题。

研发出技术只是第一步，实现产业化、规模化才是重中之重。

日本国内市场有限，又不具备太阳能电池的全产业链，这决定了其发展钙钛矿太阳能电池产业，必须依赖国际合作。

目前看，日本掌握了钙钛矿太阳能电池的大部分技术，站在产业链的顶端，也切走了最大的一块蛋糕。

其他企业是否还有动力与之合作，也让人存疑。

再者说，硅基电池技术已非常成熟，生态体系十分完备。

钙钛矿太阳能电池想取而代之，恐怕没那么容易。

日本拥有许多领先世界的技术，却容易在产业竞争中失去话语权。

比较典型的就是新能源电动汽车产业。

日本豪赌氢能源汽车，一口气掌握了全球超过60%的氢能源技术专利。

日本氢能产业的专利数量

结果，却是中美欧直接绕开氢能源，大力扶持电动汽车产业，这也使得日本很难调整方向，导致其电动汽车产业发展的滞后。

如果钙钛矿太阳能电池无法产业化，那么，日本恐怕又点错了科技树。