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下一代太陽(yáng)能電池，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是一種由碘鉛等結(jié)晶體形成的特殊晶體結(jié)構(gòu)，具有依靠光照發(fā)電的能力。

與現(xiàn)在主流的硅太陽(yáng)能電池相比，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以做的非常輕薄，最薄的可以做到0.1微米。與之相對(duì)比的是，硅太陽(yáng)能電池最小的厚度也需要150微米，差了1500倍。所以硅太陽(yáng)能電池一般每平方米的重量達(dá)到了10到15公斤，這就要求結(jié)構(gòu)支撐的強(qiáng)度要大，安裝的位置和地點(diǎn)也受到極大約束。而且硅太陽(yáng)能電池對(duì)陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換率理論上是33%，剛才說(shuō)了我們鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)達(dá)到了33.9%，這就已經(jīng)超過(guò)了硅太陽(yáng)能電池的理論值。而實(shí)際上鈣鈦礦電池的理論轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到43%，所以還有極大的提升空間。

在應(yīng)用方面，鈣鈦礦電池具有很好的彎曲性，所以能安裝在傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池?zé)o法安裝的地方，比如在大廈的玻璃墻或者手機(jī)的外殼基板上等等。而且鈣鈦礦電池還不太挑食，陰雨天也能發(fā)電，房間里的燈光也可以發(fā)電。正是因?yàn)橛辛诉@些無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)，日本政府非常重視撥出巨額資金扶持。而且據(jù)報(bào)道，全球在鈣鈦礦電池領(lǐng)域的研發(fā)人員已經(jīng)超過(guò)3萬(wàn)人。

一、鈣鈦礦電池的發(fā)展現(xiàn)狀

鈣鈦礦電池的基本結(jié)構(gòu)主要由三層組成：頂部電極、鈣鈦礦層和底部電極。其中，鈣鈦礦層是核心部分，由碘化鉛（PbI2）、碘化銫（CsI）等化合物構(gòu)成。這種材料具有高透光性、高導(dǎo)電性以及可調(diào)節(jié)的帶隙能量，非常適合用于太陽(yáng)能電池。

鈣鈦礦電池具有許多優(yōu)點(diǎn)。

首先，其具有高效率，理論上最大轉(zhuǎn)換效率可達(dá)35%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)硅基太陽(yáng)能電池。

其次，鈣鈦礦電池的材料成本低，只需要使用地球上豐富的元素，如鉛（Pb）、碘（I）、銫（Cs）等，相較于硅基太陽(yáng)能電池需要的高純度硅，成本大幅降低。

此外，鈣鈦礦電池還具有可彎曲的特性，可以適應(yīng)各種形狀的表面，如曲面建筑、汽車等。

目前，全球范圍內(nèi)已有許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)投入到鈣鈦礦電池的研發(fā)和生產(chǎn)中。例如，瑞士的能源公司X翼能源公司已經(jīng)成功開發(fā)出一種基于鈣鈦礦的太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22.1%。同時(shí)，一些知名科技企業(yè)如谷歌、微軟等也在積極探索和布局鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。

在國(guó)內(nèi)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也受到了廣泛關(guān)注。近年來(lái)，中國(guó)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究不斷深入，取得了一系列重要成果。例如，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)21.6%。此外，一些企業(yè)如通威股份、東方日升等也在積極投入鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研發(fā)和生產(chǎn)。

二、中國(guó)專利正在提升存在感

在輕便可彎曲低價(jià)的“鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池”的相關(guān)專利方面，中國(guó)正在提升存在感。2021年的申請(qǐng)數(shù)量為70項(xiàng)，達(dá)到日本的近4倍。按過(guò)去20年的累計(jì)來(lái)看，日本仍居于首位。

鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池可通過(guò)涂布類似涂料的材料而制造。預(yù)計(jì)制造成本僅為通過(guò)使硅晶體生長(zhǎng)來(lái)制造的傳統(tǒng)“硅型”的一半，重量可以降至十分之一。由于重量輕、可彎曲，如果安裝在以往難以安裝的建筑物等的墻壁和屋頂上，發(fā)電場(chǎng)所將擴(kuò)大，可以創(chuàng)造新的市場(chǎng)。預(yù)計(jì)將在2020年代后期普及。

日本經(jīng)濟(jì)新聞社委托運(yùn)營(yíng)專利信息等的科睿唯安日本(Clarivate Analytics Japan、位于東京港區(qū))，對(duì)在2個(gè)國(guó)家以上申請(qǐng)的相關(guān)專利進(jìn)行了調(diào)查。針對(duì)截至2023年11月9日公開的約20年的1309項(xiàng)專利，按國(guó)家、地區(qū)和組織進(jìn)行了分析。

全球的申請(qǐng)數(shù)量在2021年達(dá)到180項(xiàng)，10年里增至45倍。目前起拉動(dòng)作用的是中國(guó)和韓國(guó)。日本在年度申請(qǐng)數(shù)上截至2019年連續(xù)5年排在首位，但2020年被中國(guó)和韓國(guó)超越。2021年中國(guó)的申請(qǐng)數(shù)為70項(xiàng)，大幅超過(guò)排在第二位的韓國(guó)(39項(xiàng))和日本(19項(xiàng))。

中國(guó)在有關(guān)鈣鈦礦型電池的學(xué)術(shù)論文數(shù)量上也明顯超過(guò)其他國(guó)家。如果在著眼于產(chǎn)業(yè)化的專利申請(qǐng)方面保持這種勢(shì)頭，中國(guó)占據(jù)優(yōu)勢(shì)的可能性很高。按組織類別來(lái)看，寧德時(shí)代新能源科技(CATL)排在第7位。初創(chuàng)企業(yè)大正微納科技于2022年7月開始在大型面板領(lǐng)域啟動(dòng)世界首次量產(chǎn)，在實(shí)用化方面走在前頭。

開發(fā)出鈣鈦礦型電池的是日本桐蔭橫濱大學(xué)特聘教授宮坂力，日本企業(yè)在技術(shù)開發(fā)方面一直處于領(lǐng)先。按專利有效的過(guò)去20年的累計(jì)來(lái)看，日本依然位居首位。日本的累計(jì)申請(qǐng)數(shù)為274項(xiàng)，排在首位。與排名第二的美國(guó)一起，先于其他國(guó)家啟動(dòng)相關(guān)專利的申請(qǐng)。根據(jù)其他競(jìng)爭(zhēng)企業(yè)的關(guān)注度等對(duì)專利競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行評(píng)分的專利評(píng)分的合計(jì)分?jǐn)?shù)也排在首位。

三、鈣鈦礦型電池普及面臨的技術(shù)

鈣鈦礦型電池普及面臨的技術(shù)課題主要有兩個(gè)。首先是大型化會(huì)令太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的效率下降這一點(diǎn)。由于很難在廣大面積上均勻涂抹材料，效率降低數(shù)個(gè)百分點(diǎn)的情況很多。

第二是耐久性。當(dāng)與空氣和水接觸后，添加到太陽(yáng)能電池中的添加劑會(huì)吸收水分，太陽(yáng)能電池將劣化，結(jié)果性能下降。即使用薄膜或玻璃加以密封，光和熱也會(huì)劣化。產(chǎn)生電力的發(fā)電層的壽命約為10年，不到硅型的一半。必須采取開發(fā)新的密封材料來(lái)保護(hù)晶體等措施，以提高其耐久性。

與此同時(shí)，影響創(chuàng)新的核心技術(shù)也主要有兩項(xiàng)。首先是在構(gòu)成發(fā)電層的晶體結(jié)構(gòu)上下功夫，提高轉(zhuǎn)換效率和耐久性。第二點(diǎn)是開發(fā)在保持轉(zhuǎn)換效率的前提下，在廣大面積上以低廉成本涂布太陽(yáng)能電池材料的技術(shù)。

日本企業(yè)在晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)的基礎(chǔ)研究方面已取得多項(xiàng)專利，在均勻涂抹材料的技術(shù)方面目前也處于高水平。不過(guò)，今后中國(guó)的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)有可能加速有關(guān)晶體結(jié)構(gòu)和材料涂布的技術(shù)開發(fā)。

另一方面，的優(yōu)勢(shì)在于較早就為確立生產(chǎn)技術(shù)而行動(dòng)起來(lái)。富士經(jīng)濟(jì)的專家川合洋平表示，“即使量產(chǎn)初期成品率不佳，也可以通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行改善”，對(duì)中國(guó)的行動(dòng)給予高度評(píng)價(jià)。

四、鈣鈦礦電池的未來(lái)展望

隨著全球?qū)稍偕茉吹年P(guān)注度不斷提高，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展前景廣闊。未來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池將在以下幾個(gè)方面得到進(jìn)一步發(fā)展：

提高光電轉(zhuǎn)換效率：通過(guò)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)、改進(jìn)制備工藝等方法，進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。目前已經(jīng)有一些研究團(tuán)隊(duì)在這方面取得了顯著進(jìn)展，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率。

降低制造成本：雖然鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的材料成本較低，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用，還需要進(jìn)一步降低制造成本。未來(lái)可以通過(guò)優(yōu)化工藝、采用更低成本的設(shè)備等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)制造成本的降低。

提高穩(wěn)定性：目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性還存在一定問題，需要進(jìn)一步提高其使用壽命和穩(wěn)定性。未來(lái)可以通過(guò)深入研究鈣鈦礦材料的老化機(jī)制、優(yōu)化封裝技術(shù)等方法來(lái)提高其穩(wěn)定性。

拓展應(yīng)用領(lǐng)域：隨著鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷拓展。未來(lái)可以將其應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如建筑、汽車、航空航天等，為人類創(chuàng)造更加綠色、環(huán)保的生活方式。

總之，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為一種新型太陽(yáng)能電池，具有高效率、低成本、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。隨著科研技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，相信鈣鈦礦太陽(yáng)能電池將成為未來(lái)可再生能源領(lǐng)域的重要力量。

原標(biāo)題：在可彎曲太陽(yáng)能板技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)專利進(jìn)展如何？