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日本发明的钙钛矿太阳能电池在他国率先量产

来源：晰数塔互联网快讯时间：2021年09月13日 13:30

采用印刷技术、以此前一半成本即可制造的“钙钛矿型”太阳能电池9月启动全球首次量产。波兰初创企业将把钙钛矿太阳能电池作为在建筑物外墙等处设置的电池来供货。英国和中国的企业也将在2022年启动量产。钙钛矿太阳能电池价格低廉，不受设置场所制约，如果能成功普及，全球可再生能源的比例或将提高。

钙钛矿太阳能电池是在薄玻璃和塑料基板上涂抹液体后烧制而成。与通过硅结晶生长而制成的传统“硅型”太阳能电池相比，制造成本下降。硅型太阳能电池的设备批发价为每千瓦500～1000美元，而钙钛矿型预计仅为一半左右。此外，重量仅为硅型的十分之一，便于安装在建筑物和纯电动汽车（EV）上。

如果印刷在塑料等柔软的基板上，还能够弯曲，设置于建筑物的外墙等处，把街头变为可再生能源的“发电站”。将光能源转变为电力的转换效率为10～20％左右，虽然低于硅型的最高20％水平，但具有充分的优点。

波兰的初创企业Saule Technologies一直推进量产的准备工作。5月开设了包括试生产线在内的全球首座工厂。9月开始供应为超市等处的电子价签输送电力的室内用电池。该公司表示“销售价格尚未确定”。

据悉在光线比室外弱的室内，转换效率为20％，相对较高。Saule采取了减少印刷过程中的多余化学反应、使用适合量产的喷墨打印机等措施。

工厂具备每年生产4兆瓦电池的产能。首先瞄准今后将增加的面向智能家电等物联网设备的市场。力争数年后供应与建筑物外墙结合、或设在屋顶上的电池和纯电动汽车电池。

此外，源自英国牛津大学的初创企业Oxford PV开发了在硅型之上叠加钙钛矿型、使之结合起来的“串联型”太阳能电池。尺寸为15.6厘米见方，转换效率达到29.5％，属于世界最高水平。

7月Oxford PV宣布在德国勃兰登堡州建设了工厂。力争年产100兆瓦，2022年启动量产。2020年11月从勃兰登堡州获得用于工厂建设的880万欧元补贴。

在日本国内企业中，东芝受到关注。东芝在700平方厘米左右的薄膜型电池上实现了世界最高的14.1％的转换效率。据悉通过在材料的组合与涂布方式方面下工夫而实现了高转换效率。

东芝还在开发利用锡代替存在环境污染隐忧的铅的技术。计划到2025年销售设置在工厂和建筑物屋顶、转换效率达到约13～18％的产品。

中国的初创企业大正微纳科技公司将自2022年春季启动销售。预计转换效率为13～15％左右，据悉该公司从日本企业等采购薄膜基板、获得技术指导。

国际竞争激烈的原因是钙钛矿太阳能电池容易生产和涉足。日本桐荫横滨大学特任教授宫坂力表示，“由于需要温度和湿度的管理，在高温多湿的国家，需要追加的设备成本，多少困难一些”，难题仅此而已。

日本资源能源厅4月发布的资料显示，日本每平方公里平地的太阳能电池的装机容量截至2019年度为426千瓦。在欧美、中国和印度等主要国家中，日本尤为突出，达到居第2位的德国的2.3倍。与人口和电力需求相比，日本平地面积小，太阳能电池的设置较为集中。

在日本，出于对沙土流失、影响景观和生态系统等的担忧，越来越多自治体制定了限制太阳能发电设备设置的条例。地方自治研究机构的统计显示，截至2021年7月29日，兵库和歌山等4县的约160个自治体制定了相关条例。

要增加可再生能源，需要在建筑物外墙、屋顶、汽车外板和蓄水池之上等地点大量设置太阳能电池。钙钛矿型有可能成为王牌。

日本发明者未申请国际专利

钙钛矿太阳能电池由桐荫横滨大学特任教授宫坂力于2009年发明。这是成为诺贝尔奖候选的划时代的太阳能电池。重量轻且柔软，能用于传统的“硅型”无法设置的场所。

钙钛矿太阳能电池的转换效率较以往提高，但耐久性方面曾存在课题。随着用薄膜和薄玻璃覆盖外侧的加工技术等取得进步，钙钛矿太阳能电池走近了实用化。太阳能电池还有一种采用铜和铟等化合物的“化合物型”，但转换效率仅为约10％，其利用并未明显扩大。

钙钛矿太阳能电池是在日本诞生的技术，但观察知识产权，可以看到存在很大的漏洞。这是因为发明者宫坂力没有在海外取得关于该技术基础部分的专利。由于申请手续需要巨额费用等理由而未取得专利，结果让无需支付专利使用费的海外企业抢先。

宫坂在2009年发明了钙钛矿太阳能之后，通过自己创立的初创企业Peccell Technologies在日本国内取得了约10项专利。据悉掌控了制造钙钛矿太阳能电池所需的基本部分。日本国内的企业进行开发时，基本上都需要支付专利使用费。

另一方面，宫坂在海外并未申请专利。宫坂回顾称，“没想到会发展成如此有潜力的技术”。据他表示主要是因为申请、审查和注册等手续需要在每个国家和地区花费数百万日元以上的费用。

即使在国际上没有申请专利，如果获得日本国内的专利而被公开，也能从海外浏览相关信息，成为开发的参考。如果是大学的研究，很多情况下论文内容也会对外公开。

在海外推进量产化的企业的高管当中，不少人曾在日本的大学参与过钙钛矿太阳能电池的研究，或者其熟人是相关研究人员。实际情况是，日本的相关知识和技术已在事实上流出。

海外企业无需支付专利使用费，而且融资的手段也多，有利于实用化。据了解太阳能电池开发动向的东京大学的濑川浩司教授指出，中国“达到日本数十倍、占全球整体一半的逾1万人从事相关研究开发”。人才数量的压倒性差距或将对今后的产业竞争力造成明显影响。据悉日本的不少大企业也缺乏投资于新技术的余力。

日本政府正在完善国际专利取得支援和为防止技术外流等提供支援的制度。如何减少被忽视、未能获得支援的技术，推动产业化？日本需要采取不光是依靠研究人员的国家战略。

本文来自微信公众号 “日经中文网”（ID：rijingzhongwenwang），作者：三隅勇气、草盐拓郎，36氪经授权发布。