鈣鈦礦型太陽能電池可通過涂布類似涂料的材料而制造,預計制造成本僅為通過使硅晶體生長來制造的傳統“硅型”的一半,重量可降至1/10。這是日本桐蔭橫濱大學特聘教授宮坂力開發出來的,但中國在這一領域的存在感提升……在輕便可彎曲低價的“鈣鈦礦型太陽能電池”的相關專利方面,中國正在提升存在感。
2021年的申請數量為70項,達到日本的近4倍。按過去20年的累計來看,日本仍居于首位。
01鈣鈦礦型太陽能電池可通過涂布類似涂料的材料而制造。預計制造成本僅為通過使硅晶體生長來制造的傳統“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,發電場所將擴大,可以創造新的市場。預計將在2020年代后期普及。
日本經濟新聞社委托運營專利信息等的科睿唯安日本(Clarivate Analytics Japan、位于東京港區),對在2個國家以上申請的相關專利進行了調查。針對截至2023年11月9日公開的約20年的1309項專利,按國家、地區和組織進行了分析。
全球的申請數量在2021年達到180項,10年里增至45倍。目前起拉動作用的是中國和韓國。
日本在年度申請數上截至2019年連續5年排在首位,但2020年被中國和韓國超越。2021年中國的申請數為70項,大幅超過排在第二位的韓國(39項)和日本(19項)。
02開發出鈣鈦礦型電池的是日本桐蔭橫濱大學特聘教授宮坂力,日本企業在技術開發方面一直處于領先。按專利有效的過去20年的累計來看,日本依然位居首位。日本的累計申請數為274項,排在首位。與排名第二的美國一起,先于其他國家啟動相關專利的申請。根據其他競爭企業的關注度等對專利競爭力進行評分的專利評分的合計分數也排在首位。
積水化學工業的優勢在于耐久性。鈣鈦礦的晶體怕水和空氣。認為在室外使用時變得重要,提高了晶體的耐久性和保護性密封材料的性能。2023年開始在自有大樓的外墻等處進行驗證試驗,力爭2025年實現商業化。東芝在用于大面積生產鈣鈦礦太陽能電池的涂布技術方面具有優勢,力爭2025年左右實現實用化。中國企業的量產產品以玻璃基板為主,而日本企業則在通過適合輕量化、柔軟性高的薄膜基板提高耐久性的技術領域具有優勢。
03富士經濟3月份發布的預測顯示,2022年為320億日元的鈣鈦礦型電池的世界市場規模,到2035年將達到1萬億日元。
除了與建筑物的建材形成一體的類型外,預計與硅型電池重疊、提高發電效率的產品也將普及。預計到2020年代中期,中國和歐洲將正式開始量產。
鈣鈦礦型電池普及面臨的技術課題主要有兩個。首先是大型化會令太陽光轉化為電能的效率下降這一點。由于很難在廣大面積上均勻涂抹材料,效率降低數個百分點的情況很多。
第二是耐久性。當與空氣和水接觸后,添加到太陽能電池中的添加劑會吸收水分,太陽能電池將劣化,結果性能下降。即使用薄膜或玻璃加以密封,光和熱也會劣化。產生電力的發電層的壽命約為10年,不到硅型的一半。必須采取開發新的密封材料來保護晶體等措施,以提高其耐久性。
與此同時,影響創新的核心技術也主要有兩項。首先是在構成發電層的晶體結構上下功夫,提高轉換效率和耐久性。第二點是開發在保持轉換效率的前提下,在廣大面積上以低廉成本涂布太陽能電池材料的技術。
日本企業在晶體結構相關的基礎研究方面已取得多項專利,在均勻涂抹材料的技術方面目前也處于高水平。不過,今后中國的企業和研究機構有可能加速有關晶體結構和材料涂布的技術開發。
另一方面,中國的優勢在于較早就為確立生產技術而行動起來。富士經濟的專家川合洋平表示,“即使量產初期成品率不佳,也可以通過反復試驗進行改善”,對中國的行動給予高度評價。
日本在硅型光伏領域也有過在技術上領先,但被成本競爭力更高的中國企業奪走全球市場份額的痛苦經歷。川合表示“日本以專利和技術為武器與海外企業展開合作、將太陽能電池的制造交給海外也是一種手段”。如何開拓即將形成的市場?戰略制定很重要。