中国太阳能主导地位面临新对手：超薄薄膜——《华尔街日报》

东京——中国在太阳能市场的近乎垄断地位促使美国及其盟友加紧寻找替代方案。工程师们相信他们已在一款状如相机胶片的太阳能电池中找到了突破口。

日本正通过补贴等政策扶持该技术，这表明可再生能源与半导体等其他高科技领域一样，已成为地缘政治博弈工具。

中国企业掌控着全球硅太阳能电池板超80%的供应链，而在电池板核心材料多晶硅领域的份额更高。国际能源署称：“到2025年前，世界太阳能电池板生产的关键部件几乎将完全依赖中国供应。”

在美国，拜登政府正试图构建本土太阳能电池板供应链。同样寻求国产化方案的日本，正聚焦于完全不使用硅的钙钛矿太阳能电池。

这种由日本科学家宫坂力发明的电池，利用矿物形成名为钙钛矿的晶体结构，可将阳光转化为电能。

制造钙钛矿的关键元素是碘。虽非资源大国，但日本恰是全球第二大碘生产国（仅次于智利），产量约占全球三分之一。

“看看中国在做什么，那简直是霸凌。”宫坂提到北京对芯片用稀有元素镓和锗实施出口管制时说道，“而钙钛矿电池的组件完全可以在国内生产。”

钙钛矿电池已研发十余年，但早期在光电转换效率上不及硅基电池，且在潮湿环境中易衰减。

EneCoat科技公司首席技术官堀内保展示该初创企业研发的太阳能薄膜。图片来源：George Nishiyama/华尔街日报因此钙钛矿材料被用于玻璃封装硅板内部，以提升叠层电池效率，美国政府等机构也支持叠层电池研发。

美国能源部数据显示，如今纯钙钛矿电池已赶超硅基对手，转换效率高达25%以上，而传统商用硅板效率仅18%-22%。

当前挑战在于控制成本至硅基电池水平，并解决湿度敏感问题。

研发商指出，钙钛矿电池的轻质柔性特质使其独具优势：晶体层仅1微米厚，重量和厚度分别仅为现有太阳能电池的1/10和1/20，可贴附墙面或曲面，在弱光甚至室内环境发电。

“假设你住在公寓里，没有自己的屋顶。你仍然可以把钙钛矿电池放在阳台上。把它想象成一种家用电器，”横滨桐荫大学教授宫坂说，他曾在富士胶片公司从事太阳能技术工作。

日本首相岸田文雄承诺在两年内使这项技术具备商业可行性。自2011年福岛核灾难后关闭了大部分核电站以来，日本90%的能源依赖进口。

岸田的目标雄心勃勃，但日本工程师和官员对近期技术进步表示乐观。

积水化学研究所正在开发钙钛矿太阳能薄膜。图片来源：共同社/Zuma Press显示器制造商供应商积水化学正在解决湿度问题。该公司表示已开发出密封剂，可使电池寿命达10年。

积水化学正在户外不适合硅板的表面测试其钙钛矿电池，包括其大阪总部的外墙。该公司计划将其安装在火车站和其他公共设施中。

这种发电太阳能薄膜的外观和手感类似于人们过去用于相机的胶片，只是比35毫米相机胶片更宽。

项目负责人森田武晴表示，积水化学已生产出30厘米宽的测试卷，并计划于2025年进行商业化生产。

支持者认为，由于这种电池无需硅电池生产所耗能的热处理工艺，其制造成本最终会更低。

薄膜宽度越大，制备均匀钙钛矿薄层的难度就越高。目前这意味着大面积钙钛矿电池板的发电效率反而更低。

一些企业将此视为初期应避免与硅板正面竞争的理由，尤其是在大规模发电领域。

由京都大学教授联合创立的初创企业EneCoat Technologies正着眼于钙钛矿在室内的应用场景，以及运动探测器等微型低耗电设备。

该公司已推出一款钙钛矿电池驱动的便携式二氧化碳监测仪，计划今年底启动室内用钙钛矿电池的商业化生产。

EneCoat表示，此类小型钙钛矿太阳能电池可为运动传感器等设备供电。图片来源：George Nishiyama/华尔街日报EneCoat首席技术官Tamotsu Horiuchi表示：“我们希望先从硅板无法应用的领域切入，那里存在更广阔的市场。”

日本企业已感受到来自中国的竞争压力。大正（江苏）微纳科技宣称其2022年已实现钙钛矿电池商业化生产，并计划将产能提升十倍。

许多工程师认为日本仍具技术优势，因为制造均匀的超薄钙钛矿层需要精密工艺，而这正是日本制造业的强项。

“技术难度越高，中国人就越难复制”，钙钛矿电池发明者宫坂力表示。

传统硅基电池的历史令许多人记忆犹新。日本企业最初占据全球生产主导地位，却最终被中国对手取代——后者通过大规模投资生产设施，并借助政府支持压低价格。

“我们赢得了技术，却输掉了商业”，日本经济产业省自然资源与能源厅局长井上博雄坦言，并指出日本企业在液晶显示器和半导体领域也遭遇类似困境。

日本政府已拨款逾4亿美元支持企业量产钙钛矿电池。美国能源部在2022财年也设立了2900万美元专项计划，用于支持包括钙钛矿在内的太阳能技术。

“我们必须确保在投资规模和速度上不再落后”，井上强调。

记者乔治·西山联系方式：[email protected]

本文发表于2024年1月11日印刷版，标题为《中国太阳能主导地位面临超薄电池挑战》。