中國太陽能主導地位面臨新對手：超薄薄膜——《華爾街日報》

東京——中國在太陽能市場的近乎壟斷地位促使美國及其盟友加緊尋找替代方案。工程師們相信他們已在一款狀如相機膠片的太陽能電池中找到了突破口。

日本正通過補貼等政策扶持該技術，這表明可再生能源與半導體等其他高科技領域一樣，已成為地緣政治博弈工具。

中國企業掌控着全球硅太陽能電池板超80%的供應鏈，而在電池板核心材料多晶硅領域的份額更高。國際能源署稱：“到2025年前，世界太陽能電池板生產的關鍵部件幾乎將完全依賴中國供應。”

在美國，拜登政府正試圖構建本土太陽能電池板供應鏈。同樣尋求國產化方案的日本，正聚焦於完全不使用硅的鈣鈦礦太陽能電池。

這種由日本科學家宮坂力發明的電池，利用礦物形成名為鈣鈦礦的晶體結構，可將陽光轉化為電能。

製造鈣鈦礦的關鍵元素是碘。雖非資源大國，但日本恰是全球第二大碘生產國（僅次於智利），產量約佔全球三分之一。

“看看中國在做什麼，那簡直是霸凌。”宮坂提到北京對芯片用稀有元素鎵和鍺實施出口管制時説道，“而鈣鈦礦電池的組件完全可以在國內生產。”

鈣鈦礦電池已研發十餘年，但早期在光電轉換效率上不及硅基電池，且在潮濕環境中易衰減。

EneCoat科技公司首席技術官堀內保展示該初創企業研發的太陽能薄膜。圖片來源：George Nishiyama/華爾街日報因此鈣鈦礦材料被用於玻璃封裝硅板內部，以提升疊層電池效率，美國政府等機構也支持疊層電池研發。

美國能源部數據顯示，如今純鈣鈦礦電池已趕超硅基對手，轉換效率高達25%以上，而傳統商用硅板效率僅18%-22%。

當前挑戰在於控制成本至硅基電池水平，並解決濕度敏感問題。

研發商指出，鈣鈦礦電池的輕質柔性特質使其獨具優勢：晶體層僅1微米厚，重量和厚度分別僅為現有太陽能電池的1/10和1/20，可貼附牆面或曲面，在弱光甚至室內環境發電。

“假設你住在公寓裏，沒有自己的屋頂。你仍然可以把鈣鈦礦電池放在陽台上。把它想象成一種家用電器，”橫濱桐蔭大學教授宮坂説，他曾在富士膠片公司從事太陽能技術工作。

日本首相岸田文雄承諾在兩年內使這項技術具備商業可行性。自2011年福島核災難後關閉了大部分核電站以來，日本90%的能源依賴進口。

岸田的目標雄心勃勃，但日本工程師和官員對近期技術進步表示樂觀。

積水化學研究所正在開發鈣鈦礦太陽能薄膜。圖片來源：共同社/Zuma Press顯示器製造商供應商積水化學正在解決濕度問題。該公司表示已開發出密封劑，可使電池壽命達10年。

積水化學正在户外不適合硅板的表面測試其鈣鈦礦電池，包括其大阪總部的外牆。該公司計劃將其安裝在火車站和其他公共設施中。

這種發電太陽能薄膜的外觀和手感類似於人們過去用於相機的膠片，只是比35毫米相機膠片更寬。

項目負責人森田武晴表示，積水化學已生產出30釐米寬的測試卷，並計劃於2025年進行商業化生產。

支持者認為，由於這種電池無需硅電池生產所耗能的熱處理工藝，其製造成本最終會更低。

薄膜寬度越大，製備均勻鈣鈦礦薄層的難度就越高。目前這意味着大面積鈣鈦礦電池板的發電效率反而更低。

一些企業將此視為初期應避免與硅板正面競爭的理由，尤其是在大規模發電領域。

由京都大學教授聯合創立的初創企業EneCoat Technologies正着眼於鈣鈦礦在室內的應用場景，以及運動探測器等微型低耗電設備。

該公司已推出一款鈣鈦礦電池驅動的便攜式二氧化碳監測儀，計劃今年底啓動室內用鈣鈦礦電池的商業化生產。

EneCoat表示，此類小型鈣鈦礦太陽能電池可為運動傳感器等設備供電。圖片來源：George Nishiyama/華爾街日報EneCoat首席技術官Tamotsu Horiuchi表示：“我們希望先從硅板無法應用的領域切入，那裏存在更廣闊的市場。”

日本企業已感受到來自中國的競爭壓力。大正（江蘇）微納科技宣稱其2022年已實現鈣鈦礦電池商業化生產，並計劃將產能提升十倍。

許多工程師認為日本仍具技術優勢，因為製造均勻的超薄鈣鈦礦層需要精密工藝，而這正是日本製造業的強項。

“技術難度越高，中國人就越難複製”，鈣鈦礦電池發明者宮坂力表示。

傳統硅基電池的歷史令許多人記憶猶新。日本企業最初佔據全球生產主導地位，卻最終被中國對手取代——後者通過大規模投資生產設施，並藉助政府支持壓低價格。

“我們贏得了技術，卻輸掉了商業”，日本經濟產業省自然資源與能源廳局長井上博雄坦言，並指出日本企業在液晶顯示器和半導體領域也遭遇類似困境。

日本政府已撥款逾4億美元支持企業量產鈣鈦礦電池。美國能源部在2022財年也設立了2900萬美元專項計劃，用於支持包括鈣鈦礦在內的太陽能技術。

“我們必須確保在投資規模和速度上不再落後”，井上強調。

記者喬治·西山聯繫方式：[email protected]

本文發表於2024年1月11日印刷版，標題為《中國太陽能主導地位面臨超薄電池挑戰》。