鈣鈦礦戰爭，日本已被“邊緣化”丨能源奇點

本篇為《能源奇點》系列第08期，圍繞“鈣鈦礦”競爭解讀全球能源角力與勝負關鍵。

文丨李海倫

編輯丨徐青陽

2026年的第一個季度，馬斯克頻繁出現在中國光伏產業鏈的視野中，并成為中國光伏變局的一個關鍵變量。

馬斯克團隊于今年2月曾密集走訪多家中國光伏企業，他看的是整個產業鏈條——從設備、硅片到電池組件，并重點關注包括鈣鈦礦在內的下一代高效光伏技術。這一系列動作，被外界視為其在能源與太空基礎設施方向加速布局的重要信號。

盡管馬斯克本人并未公開明確押注鈣鈦礦，但從其長期布局來看，這一技術與其太空藍圖的核心戰略高度契合。

相比晶硅電池，鈣鈦礦效率更高、在弱光條件下依然能發電，生產工藝簡短，生產成本低。同時，鈣鈦礦具備輕量化與柔性化潛力，甚至在發射時以卷曲形態收納，到達軌道后再展開使用，大幅降低發射體積與載荷重量，這使其在太空光伏場景中具備獨特優勢。目前，鈣鈦礦被行業已視為下一代光伏的核心路線之一。

正因如此，圍繞鈣鈦礦的角力，早已超出了單純的技術競爭，演變成一場關乎產業話語權的國家級博弈。

在這場國際競賽中，日本在鈣鈦礦領域的布局最早，在鈣鈦礦太陽能電池的早期研究階段，日本曾處于全球前沿，但中國后來居上。當競爭從實驗室轉移到工廠、從研發轉移到量產，中國憑借完整的供應鏈和成本優勢，已然成為鈣鈦礦領域的領跑者。

根據中商產業研究院分析師預測，2024年中國鈣鈦礦滲透率約0.5%，2030年有望躍升至30%。中國光伏行業協會（CPIA）則預計，全球鈣鈦礦電池總產能將以年復合增速約140%而增長，到2030年達461GW，其中中國將占據絕大部分。

一家鈣鈦礦企業炎和科技創始人馮凡表示：“目前，全球鈣鈦礦光伏產業呈現中國全面領跑、歐美日差異化追趕的格局。中國已成為全球鈣鈦礦的設備、研發、制造與創新中心，相關專利占全球超75%。歐美日雖在基礎研究、柔性應用等細分領域有積累，但產業化速度、產能規模與成本競爭力均遠落后于中國”。

在圍繞鈣鈦礦的較量中，每一次技術突破和產業動作，都可能改變未來全球能源格局的故事。

01 從實驗室走向產業前線

這場博弈的起點，要追溯到百年前的一塊礦石說起。

1839年，德國礦物學家古斯塔夫·羅斯（Gustav Rose）在俄羅斯烏拉爾山脈的巖石中發現了一種晶體結構奇異的氧化物。由于最早被發現的是一種鈦酸鈣化合物，因此這種材料也被統稱為“鈣鈦礦”。

2009年，日本桐蔭橫濱大學的研究團隊在太陽能電池研究中，引入鈣鈦礦結構材料替代傳統染料作為吸光層，開啟了鈣鈦礦材料在光伏領域的應用探索。

宮坂力選用了一種有機-無機雜化的鈣鈦礦材料，取代了傳統染料敏化太陽能電池中的染料，作為新型光敏化劑。實驗結果發現光電轉換效率達到3.8%，宮坂力將實驗內容發表在了《美國化學學會志》（JACS）上，成為第一篇在學術期刊上系統公開探討鈣鈦礦太陽能電池研究的論文。

然而，這塊電池只穩定了幾分鐘，隨即轉瞬即逝。液態電解質溶解并分解了鈣鈦礦吸光層，效率迅速歸零。世界上第一塊鈣鈦礦太陽能電池，就這樣在誕生的當天宣布告終。

這次實驗的失敗主要是因為液態電解質與鈣鈦礦的物理化學特性不兼容。這也讓后來研究者逐漸意識到，要想效率高、還能用得久，就必須把液體換掉，改用更穩定的固態材料來傳導電荷。

02 2012“關鍵突破年”

此后多年，在鈣鈦礦效率競賽的“領獎臺”上，日本逐漸被其他國家超越。

2011年，韓國成均館大學樸南圭（Nam-Gyu Park）課題組，通過技術改進將效率推至6.5%。但液態電解質的致命缺陷依然如影隨形，電池幾分鐘內便崩潰。

真正的突破發生在2012年。樸南圭團隊與瑞士洛桑聯邦理工學院的米夏埃爾?格雷策爾（MichaelGr?tzel）教授團隊合作，利用固態空穴傳輸材料spiro?OMeTAD 制作了世界上首個全固態鈣鈦礦太陽能電池，效率達到接近10%。

同年，英國牛津大學Henry Snaith團隊也獨立完成了類似突破，通過引入固態空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD，有效避免了液態電解質對鈣鈦礦層的破壞，提升了器件的穩定性。

兩支團隊同年跨越了這道門檻。相比此前只能維持幾分鐘的液態體系，這一代器件的穩定性大幅提升，可以在較長時間內保持性能。

在此之后，鈣鈦礦電池效率獲得大幅度提升。2021年，韓國蔚山科技研究所將單結鈣鈦礦電池效率推至25.8%，刷新了當時的世界紀錄。

在韓國英國等追趕的同時，日本企業將關注點放在了材料的穩定性和安全性方面。以積水化學、松下等公司將重心押注在穩定性與無鉛化方向，試圖從材料安全性和長壽命上建立差異化壁壘。背后的邏輯在于，穩定性至今仍是鈣鈦礦實現產業化最難啃的骨頭。

03 中國隊入場，格局翻轉

自2013年起，鈣鈦礦太陽能電池迅速成為全球科研熱點。鈣鈦礦電池入選《科學》雜志評選出的“十大突破”，被稱為最有前景的下一代光伏技術。

在中國，多家頂尖高校和科研機構，包括中科院、南京大學、北京大學、華中科技大學和浙江大學等，相繼將鈣鈦礦列為重點攻關材料方向。

這場追趕的速度，表現出了中國產業“后來者居上”的特點。

2018年前后，國內通過界面鈍化等關鍵技術，將電池效率提升至23%以上，并刷新世界紀錄，被美國國家可再生能源實驗室（NREL）收錄。

此后，多條技術路線同步推進：疊層結構效率持續突破，逐步從約24%提升至28%以上；與此同時，材料制備與器件穩定性等關鍵環節也不斷取得進展。

在科研不斷研發推進的同時，中國轉向了自己最擅長的戰場：規模化產業化。

2015年，浙大校友姚冀眾，本科期間獲得亞太環境能源合作組織的資助，前往澳洲新南威爾士大學師從被譽為“光伏之父”的馬丁·格林（Martin Green）教授，回國后他在杭州未來科技城和同學共同創立了纖納光電，成為中國最早布局鈣鈦礦產業化的企業之一。“驗證下來，鈣鈦礦是我見過最好的光伏材料”，姚冀眾說。

其后，協鑫光電、極電光能、仁爍光能、大正微納等初創公司相繼涌現，獲得大量風險投資。

2021年，協鑫光電建成全球首條100MW量產線，組件尺寸1m×2m，效率可達到18%以上。企業們將只能在實驗室里做到的事情，搬進了工廠車間。

從2022年到目前，產業巨頭的入場使這場競賽的體量發生了量級變化。寧德時代、隆基綠能、天合光能、晶科能源、通威等行業巨無霸相繼宣布鈣鈦礦或鈣鈦礦/晶硅疊層布局，部分企業的GW級產線已陸續投產或進入建設階段。這些企業的加入，帶來的不僅是資金，更是完整的供應鏈管理體系、渠道資源和量產工程能力。

國盛證券分析師楊潤思指出，2025年是鈣鈦礦GW級“量產元年”，鈣鈦礦領域未來兩年將進入產能爆發期。國盛證券預計，2027年全球產能超5GW，2030年突破30GW。

2026年3月，極電光能聯合創始人兼總裁于振瑞在一場圍繞鈣鈦礦的論壇上表示，鈣鈦礦光伏技術已跨越從實驗室到產線的門檻，正式邁入產業協同提升的全新發展階段。

轉眼最早布局在鈣鈦礦領域的日本，也在國家層面開始押下重注。

2024年11月，日本經濟產業省（METI）發布《下一代太陽能電池戰略》，目標是到2040年實現20GW鈣鈦礦裝機容量。豐田、積水化學、東芝三大巨頭組成聯合體，攜手攻關量產技術。為推動這一戰略落地，日本政府向核心企業積水化學提供1570億日元（約合當時人民幣74.7億元）專項補貼，這是日本近年來對單一新能源技術最大規模的財政押注之一。

日本經濟產業省（METI）發布《下一代太陽能電池戰略》

值得一提的是，這份戰略文件里還直接提到了日本的“歷史心結”：日本在2000年前后曾占據全球光伏市場50%的份額，但從2005年起由于海外競爭——尤其是來自中國，導致日本、美國和德國的制造商同時失去市場份額。如今，日本在全球市場的份額已下降到不足 1%。

自日本首相高市早苗2025年上任以來，便把鈣鈦礦太陽能電池和核電并排寫進了國家能源戰略。百億補貼、量產研發、供應鏈本土化等等一系列動作接連落地。

這既是日本對新技術路線的加碼押注，也帶有對過去光伏市場失守的反思。

一位光伏行業資深人士對此表示：“日本押注柔性鈣鈦礦和碘資源自主可控，走的是差異化路線，邏輯上是成立的。但量產節奏比中國慢好幾年，且成本目標與企業實際預測之間存在明顯落差。這條路能不能跑通，取決于柔性市場能否打開足夠空間，以及能否建立起技術和供應鏈壁壘”。

04 三條技術路線賽跑

目前，鈣鈦礦太陽能電池的發展可分三條主要的技術賽道:單結鈣鈦礦電池、鈣鈦礦/晶硅疊層電池、全鈣鈦礦疊層電池，各有技術邏輯與應用前景。

單結鈣鈦礦電池只用鈣鈦礦吸光層，結構最簡單、成本最低，目前，2025年蘇州大學彭軍、張曉宏團隊合作團隊已將認證效率推到27.3%，海南大學團隊緊隨其后達到27.32%，刷新了世界紀錄。

隆基綠能，圖片來源于網絡

鈣鈦礦/晶硅疊層電池在晶硅上疊加鈣鈦礦層，兩者分別吸收不同波段光線，兼容現有晶硅產線。當前，隆基綠能已將小面積電池效率推到34.85%（NREL認證），大面積電池做到33%，天合光能的小面積疊層電池效率達到35%，大面積疊層組件效率30.6%、組件功率886W。

全鈣鈦礦疊層電池完全不用晶硅，用兩層不同帶隙鈣鈦礦實現分工吸光，成本潛力最大，但技術難度高，材料的穩定性仍是挑戰。2025年3月，光因科技聯合上海交通大學，將全鈣鈦礦疊層電池效率推到31.27%。

三條賽道分別對應三種“未來賭注”：單結賭材料能否獨立替代晶硅，疊層賭鈣鈦礦能否為晶硅續命，全鈣鈦礦疊層賭光伏能否徹底告別硅時代。

放眼其他國家的進展。

日本曾在鈣鈦礦發展早期和大尺寸組件領域（2023年以前）保持過世界紀錄，但近年來已全部被別國超越。當前，日本重點押注柔性、穩定性和量產工藝方向。

韓國曾長期領跑單結鈣鈦礦效率競賽，蔚山科技研究所在2021年創下25.8%的世界紀錄，但隨著中國及歐洲團隊在疊層電池與產業化方向的突破，全球領先格局已逐步發生轉移。

歐洲方面，英國Oxford PV，2021年前后在德國建成了100MW鈣鈦礦疊層電池產線，在2024年9月完成了全球首次鈣鈦礦疊層組件的商業銷售，商用組件效率24.5%。德國亥姆霍茲中心（HZB）曾在2022年以32.5%的疊層效率領跑，同樣已被中國（隆基綠能）刷新。

在美國，2025年7月，美國國家可再生能源實驗室（NREL）與比爾·蓋茨投資的太陽能創新企業CubicPV合作的鈣鈦礦小組件認證效率達到24.0%，是美國首次在該類別創下紀錄，但產業化仍處于早期階段。

總的來說，中國在單結、晶硅疊層、全鈣鈦礦疊層三個主賽道上全部占據世界紀錄。韓國曾在單結領域長期領先但已被超越。歐洲在疊層商業化上有先發優勢但效率紀錄已落后。這場全球接力賽的領跑者，已經從2012年的韓國和歐洲，明確切換到了中國。

04 勝負未定

不過，在產業化這個真正決定市場命運的競賽場上，勝負遠未結束。

有光伏從業者表示，有一組對比數字，至今仍是鈣鈦礦商業化的“阿喀琉斯之踵”：目前鈣鈦礦電池戶外持續光照壽命約10000小時，結合光伏行業通用加速老化模型折算，對應戶外實際使用壽命約6-8年（而晶硅電池的商業壽命標準是25—30年）。

這近20年的差距，不是一兩項專利或一篇論文能彌合的，它指向的是材料科學、封裝工藝、界面穩定性的系統性工程積累。

對于鈣鈦礦電池的使用壽命問題，中國廠商們也在持續在攻關。以炎和科技為例，馮凡表示：研發團隊通過高穩定性準 2D/3D 鈣鈦礦材料、原子級界面鈍化，以及自研超薄高阻隔復合封裝，結合場景化工藝和量產質控體系，有針對性地提升電池穩定性，目前已可實現約10年的組件壽命。

此外，以最早研發鈣鈦礦的日本為例，仍然在長期關注幾個“底層問題”：無液態電解質穩定性、無機導電材料替代、鉛替代，這些目前都還未被完全攻克，本質上也都是全球鈣鈦礦產業需要攻克的核心難題。

并且，隨著光伏全產業鏈正經歷深度調整，行業洗牌持續加劇。作為賽道新生力量，鈣鈦礦的產業化進程同樣面臨多重考驗。

這場競賽還遠遠沒有結束。這一局，比的是誰跑得快，中國完勝。下一局，比的是誰撐得更久。