從全球市占率50%,到被中國打趴:日本的新太陽能電池技術如何再起?

2024-10-29 14:00
日本的可彎曲太陽能電池技術,亟待政府助力,才能再度走向世界市場。圖為日本經濟產業省(AP)
日本的可彎曲太陽能電池技術,亟待政府助力,才能再度走向世界市場。圖為日本經濟產業省(AP)

為了因應溫室效應氣體減量之迫切需求,「可彎曲太陽能電池」的前景備受期待。日本企業預計於2025年後陸續推出商品。然而,技術仍處研發階段,再加上未能大規模量產以降低成本,目前仍為一大考驗。預期將與中國等海外勢力展開競逐,事實上被迫提前布局,以搶占先機。

發電效率

「可彎曲太陽能電池」(鈣鈦礦太陽能電池)之基礎技術由日本科學家所開發。其主要發電材料碘素可由國產供應,日本亦擁有卓越的製造技術。日本政府基於產業政策,希望投入研發補助金以扶植產業,其原因便在於此。

然而,若要真正進入商品銷售的階段,仍有數道必須跨越的難關。其一為「發電(轉換)效率」,即光能轉為電能的效率。在國立研究開發法人產業技術綜合研究所(產總研)率領有機太陽能電池研究團隊的村上拓郎如此說明。

「太陽能電池越小,獲取電能的效率越高。學術論文裡常以數平方公釐的小正方形為研究案例,因此『可彎曲太陽能電池』呈現24-25%的高發電效率。不過,當商品化而擴大面積時,使得電阻增加,或是材料內部出現孔洞,導致發電效率下降。」

實際上,關於可彎曲太陽能電池的發電效率,積水化學工業測試出30平方公分大小最高達15%,東芝的數據則是703平方公分達16.6%。產總研指出:「目前鈣鈦礦太陽能電池的發電效率,仍低於既有的矽晶太陽能電池,」此為未來待解決之課題。

產業技術綜合研究所村上拓郎(筆者攝影,圖片來源:nippon.com)
產業技術綜合研究所村上拓郎(筆者攝影,圖片來源:nippon.com)

濕氣阻絕戰

「可彎曲太陽能電池」極易受濕氣侵蝕。未包覆保護膜時,僅以指尖觸碰,或是吹氣,發電層立即變色失效。

阻絕濕氣的關鍵在於發電層保護膜的品質。產總研的村上拓郎提到:「或許有些令人意外,例如製作塑膠瓶的PET樹脂膜,每平方公尺每日的透水量為數十公克。若要使用於『可彎曲太陽能電池』,則須將透水量降至10萬分之1。」

(左)產業技術綜合研究所實驗室,(右)為了維持濕度低於1%,另外在其他房間設置大型除濕裝置(筆者攝影,圖片來源:nippon.com)
(左)產業技術綜合研究所實驗室,(右)為了維持濕度低於1%,另外在其他房間設置大型除濕裝置(筆者攝影,圖片來源:nippon.com)

「如此特殊的護膜為主要高成本因素,各公司正競相思考如何降低成本」(東芝能源系統鈣鈦礦太陽能電池開發組長淺谷剛)。此外,膜間黏合劑外側的細微縫隙亦可能滲入濕氣。積水化學則運用獨家的「封止」技術防止水分入侵。

太陽能電池暴露在日曬、雨淋、風吹等惡劣的自然環境。以玻璃板覆蓋的矽晶太陽能電池壽命為25年,相對於此,目前的「可彎曲太陽能電池」僅有10年壽命。積水化學希望「明年能提升至20年」。

矽晶太陽能電池的過往慘痛實例

即使技術尚待精進,積水化學擬於2025年,東芝則計劃2025至2030年度初即推出新商品。主張脫碳的日本首相岸田文雄表示,「2025年」為實用量產化的目標,更助長此趨勢。

加速商品化的主因乃與海外對手的激烈競爭,各家皆欲搶佔先機。除了中國的大正微納科技在2023年開始建設大型生產線,出自英國牛津大學的新創企業計劃在2025年量產。雖然海外競爭對手不一定能產出足以競爭的商品,但對於日本企業而言,已經沒有時間等到完美的產品開發後再進行販售。 (相關報導: 商業熱議》日本科學家發明薄膜新技術,將打破中國壟斷8成太陽能的局面? 更多文章

即使產品率先量產問世,其後仍將面臨激烈競爭。日本曾在矽晶太陽能電池市場遭逢挫敗,2000-2007年間,日本曾居世界首位,市占率一度高達50%。不過在2008年後,中國低價產品席捲市場,目前包括日本國內市場,全世界幾乎都是中國製造。

矽晶太陽能板國際市占率變化(圖片來源:nippon.com)
矽晶太陽能板國際市占率變化(圖片來源:nippon.com)
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