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下一代太陽能電池，鈣鈦礦太陽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)在主流的硅太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池可以做的非常輕薄，最薄的可以做到0.1微米。與之相對比的是，硅太陽能電池最小的厚度也需要150微米，差了1500倍。所以硅太陽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，安裝的位置和地點也受到極大約束。而且硅太陽能電池對陽光的轉(zhuǎn)換率理論上是33%，剛才說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)超過了硅太陽能電池的理論值。而實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。正是因為有了這些無法替代的優(yōu)點，日本政府非常重視撥出巨額資金扶持。而且據(jù)報道，全球在鈣鈦礦電池領(lǐng)域的研發(fā)人員已經(jīng)超過3萬人。

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，非常適合用于太陽能電池。

鈣鈦礦電池具有許多優(yōu)點。

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能電池，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)22.1%。同時，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能電池領(lǐng)域。

在國內(nèi)，鈣鈦礦太陽能電池也受到了廣泛關(guān)注。近年來，中國在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的研究不斷深入，取得了一系列重要成果。例如，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的科研團(tuán)隊成功研發(fā)出一種高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池，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能電池的研發(fā)和生產(chǎn)。

二、中國專利正在提升存在感

在輕便可彎曲低價的“鈣鈦礦型太陽能電池”的相關(guān)專利方面，中國正在提升存在感。2021年的申請數(shù)量為70項，達(dá)到日本的近4倍。按過去20年的累計來看，日本仍居于首位。

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(yù)計制造成本僅為通過使硅晶體生長來制造的傳統(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)電場所將擴(kuò)大，可以創(chuàng)造新的市場。預(yù)計將在2020年代后期普及。

日本經(jīng)濟(jì)新聞社委托運(yùn)營專利信息等的科睿唯安日本(Clarivate Analytics Japan、位于東京港區(qū))，對在2個國家以上申請的相關(guān)專利進(jìn)行了調(diào)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(qū)和組織進(jìn)行了分析。

全球的申請數(shù)量在2021年達(dá)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(shù)上截至2019年連續(xù)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(shù)為70項，大幅超過排在第二位的韓國(39項)和日本(19項)。

中國在有關(guān)鈣鈦礦型電池的學(xué)術(shù)論文數(shù)量上也明顯超過其他國家。如果在著眼于產(chǎn)業(yè)化的專利申請方面保持這種勢頭，中國占據(jù)優(yōu)勢的可能性很高。按組織類別來看，寧德時代新能源科技(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)域啟動世界首次量產(chǎn)，在實用化方面走在前頭。

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。按專利有效的過去20年的累計來看，日本依然位居首位。日本的累計申請數(shù)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(guān)專利的申請。根據(jù)其他競爭企業(yè)的關(guān)注度等對專利競爭力進(jìn)行評分的專利評分的合計分?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。首先是大型化會令太陽光轉(zhuǎn)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(shù)個百分點的情況很多。

第二是耐久性。當(dāng)與空氣和水接觸后，添加到太陽能電池中的添加劑會吸收水分，太陽能電池將劣化，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)新的密封材料來保護(hù)晶體等措施，以提高其耐久性。

與此同時，影響創(chuàng)新的核心技術(shù)也主要有兩項。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，今后中國的企業(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)勢在于較早就為確立生產(chǎn)技術(shù)而行動起來。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，也可以通過反復(fù)試驗進(jìn)行改善”，對中國的行動給予高度評價。

四、鈣鈦礦電池的未來展望

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

提高光電轉(zhuǎn)換效率：通過優(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能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。目前已經(jīng)有一些研究團(tuán)隊在這方面取得了顯著進(jìn)展，未來有望實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率。

降低制造成本：雖然鈣鈦礦太陽能電池的材料成本較低，但要實現(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。未來可以通過優(yōu)化工藝、采用更低成本的設(shè)備等方法來實現(xiàn)制造成本的降低。

提高穩(wěn)定性：目前鈣鈦礦太陽能電池的穩(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。未來可以通過深入研究鈣鈦礦材料的老化機(jī)制、優(yōu)化封裝技術(shù)等方法來提高其穩(wěn)定性。

拓展應(yīng)用領(lǐng)域：隨著鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(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，鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型太陽能電池，具有高效率、低成本、可彎曲等優(yōu)點，未來發(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，相信鈣鈦礦太陽能電池將成為未來可再生能源領(lǐng)域的重要力量。

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