近日，據媒體報道日本計劃投資15億美元開發下一代超薄、輕便且可彎曲的鈣鈦礦太陽能電池。據悉其目標是以夏普關閉的10代液晶面板線設施為基礎，到2030年完成生產1吉瓦的鈣鈦礦電池工廠建設，總投資3100億日元（約合147.6億元人民幣），其中半數投資來自日本政府補貼。

    對此，業內人士指出，這是全球光電材料產業一項重大“計劃”。其目標不僅是在太陽能電池市場爭奪未來話語權；更是很可能通過鈣鈦礦新材料技術，令日本光電產業“走出一條新路”。—— 其暗含以鈣鈦礦為突破口，重振顯示、傳感器等關聯產業的深層意圖——利用新興材料的顛覆性創新，撬動整個光電產業鏈的轉型升級。

    奇妙和多用途的“鈣鈦礦”

    鈣鈦礦半導體材料是近10年光電行業研究的終點方向之一。中國科學院化學研究所團隊、中科院合肥物質科學研究院團隊、中國科學技術大學、南京航空航天大學團隊、北京理工大學團隊、吉林大學物理學院凝聚態物理團隊、復旦大學信息科學與工程學院解鳳賢研究團隊、西安交通大學吳朝新教授團隊、深圳大學李貴君課題組、溫州理工學院智電學院團隊、大連化物所化學動力學研究室超快時間分辨光譜與動力學研究組……等等團隊在最近一年內均取得了鈣鈦礦材料或者制備、應用工程的新進展。

    拒不完全統計，近一年內有明確技術進展的，聚焦鈣鈦礦新材料的，僅國內大學實驗團隊就超過50家，且眾多成果達到業內領先水平。上文列舉這么多的實驗團隊，目的就是為了說明鈣鈦礦研究的“熱烈”程度。那么為什么要對鈣鈦礦如此熱衷呢？

    從性質角度看，鈣鈦礦是一種易于制備、光電效率出色、柔性透明的新型光電材料。其能夠將電激發轉化為光、也能夠將光激發轉化為電、或者將高頻光激發轉變為低頻光發射。通過鈣鈦礦層的介入，對半導體材料的改進，其能夠在光電轉化型應用器件市場，提供更高的效率、更低的成本、透明和柔性等更差異化的產品形態。

    從應用方向角度看，鈣鈦礦能夠成為太陽能發電的未來方向，是重要的新能源支柱性新材料方向；同時，鈣鈦礦也是LED發光材料的新前沿，是照明和顯示產業的未來可行技術路線。——這兩個行業都是我國的強勢產業，全球市場占比高達7-8成（光伏全球占比8成、顯示面板7成、LED 7成）。掌握和領先應用鈣鈦礦新材料技術，對于保持我國這相關產業的持續競爭力，具有戰略級的決定性意義。

    同時，鈣鈦礦在光電相互轉化中的出色性能，還讓其成為了良好的光信號或者電信號探針材料，在科研儀器研發制造、醫療設備開發中價值突出。鈣鈦礦即能發射無線電波，也能接受無線電波，當然也會是一種潛在的“有源相控陣”雷達材料，在環境感知和國防安全方面具有潛在戰略價值。鈣鈦礦的光捕捉、電轉化能力，還讓其成為機器視覺、夜視等領域的重要技術選擇之一。雷達和機器視覺應用，對于機器人、智能駕駛、自動化等產業，是不可或缺的重要傳感器，具有重大核心器件自主戰略意義。

    鈣鈦礦如此有潛在科技和產業價值，必然成為全球競爭的焦點之一。鈣鈦礦技術的突破，既能鞏固現有產業地位，更可能催生柔性光伏建材、全息顯示、智能傳感等新賽道——這正是日本等競爭對手試圖"換道超車"的關鍵所在。

    鈣鈦礦進入發展進入準應用階段

    “過去10年鈣鈦礦的研究重點是材料配方的改進、改性技術和基礎加工工藝；未來10年鈣鈦礦必然逐漸進入工程應用的新階段、大規模工業化實踐將成為新的熱點”。

    光伏產業上，如上文提到的日本1吉瓦的鈣鈦礦電池工廠計劃；再例如昆山協鑫光電全球首套鈣鈦礦高通量系統投入使用，年初協鑫光電2平方米鈣鈦礦單結組件與疊層組件的光電轉化效率雙雙打破世界紀錄，預計年底協鑫光電全球首條GW級鈣鈦礦光伏組件將正式量產。

    發光和顯示產業上，1月29日，華星光電獲得了一項名為“鈣鈦礦發光二極管器件及顯示面板”的專利（授權公告號CN114744134B），預示著TCL華星作為全球第二大顯示面板企業，在新材料、新顯示方面的積極布局；2024年中香港理工大學研發出三維FAPbI3鈣鈦礦LED系統，具有高效、亮度極高且非常穩定特性，外部量子效率高達23.2%，亮度與使用壽命均刷新紀錄；同期浙大實現116萬尼特超亮鈣鈦礦LED的研究成果刊登于《自然》雜志；

    近期，中國科學院理化技術研究所、吉林大學、中國科學技術大學組成的聯合研究團隊開發了一種用于連續晶態鈣鈦礦薄膜遠程外延生長的新方法，實現像素小于5μm的超高分辨率Micro LED的無縫集成，其擁有16.1%的EQE電致發光效率、400000nit的亮度，4μm的超高分辨率。

    整體上，在太陽能電池產業，鈣鈦礦材料的應用進展要快于照明和顯示產業。但是，無論是太陽能電池還是照明、顯示產業，鈣鈦礦材料技術都已經從理論技術研究為主，向產品的工程化發展新階段躍進。

    解決瓶頸+規模優勢，我國鈣鈦礦產業應先發先至

    鈣鈦礦材料和技術的工程化應用，我國產業主要擁有兩個優勢，面臨兩個挑戰：

    優勢方面，我國鈣鈦礦研究熱潮洶涌，相應人才儲備和既有知識、技能等能力領先，具有極高的進一步產品化市場化開發的潛能。同時，我國在鈣鈦礦產業需要的稀土等礦產材料領域比較豐富，沒有顯著瓶頸原材料限制。

    我國相關產業發展鈣鈦礦技術的另一個優勢是，鈣鈦礦新興光電材料和技術的應用，依然需要建立在傳統產業鏈技術之上。例如，液晶或者OLED薄膜化技術，對鈣鈦礦薄膜工藝，在通用設備、材料上的借鑒與支持。這對于我國LED、面板顯示、太陽能產業而言，是一個“站在巨人肩膀上”的好消息。

    在競爭和挑戰方面，我國鈣鈦礦產業化的挑戰，主要來自技術和競爭者兩個方面。技術上，鈣鈦礦還需進一步提升外量子效率，特別是在壽命上需要較大的進步。例如，顯示產業替代OLED材料，鈣鈦礦至少需要30%以上的外量子效率，1.5-2萬小時以上的壽命。

    同時，從其它國別業主者角度看，鈣鈦礦的引入，帶來了“彎道超車”的機會，是發光器件、顯示和太陽能電池，以及新型雷達與機器視覺產業實現“逆襲”的，中短期內最可行的方向。這方面國際市場的研究和投入并不遜色于我國科研機構和企業。如上文提到，日本政府就規劃以巨額補貼推動薄膜鈣鈦礦太陽能電池產業的崛起。三星集團也在近年加大了鈣鈦礦技術研究，有信息指出，其準備大規模進入鈣鈦礦薄膜光伏產業。

    從全球專利分布看，有媒體統計數據顯示，截止2024年終，鈣鈦礦在全球已有73290個專利，而中國企業申請了5928個專利，占比不到十分之一。其中日本村田制作所的鈣鈦礦有效專利為457個，位列鈣鈦礦企業專利榜首位。

    不過，近年來我國相關專利量呈現大幅增長態勢。近三年鈣鈦礦有效專利申請量年增45%，且聚焦：疊層電池結構（全球占比32%）、溶液法制程優化（占28%）、穩定性提升技術（占25%）等工程化應用領域。

    鈣鈦礦是競爭者“彎道超車”的機會，也是光電產業的領先者“進一步鞏固優勢”的機遇。業內人士指出，鈣鈦礦材料的應用，離不開既有的顯示、LED和太陽能電池產業鏈的龐大生態。這就決定了我國產業可以充分利用這些資產優勢，和人員儲備，迅速切入規模量產賽道。

    例如，極電光能從2018年開始做鈣鈦礦技術研發，目前申請受理的專利達400多項，其中發明專利就有近300項。隨著鈣鈦礦應用的日漸成熟，我國產業如何進一步聚力，在這一彎道上實現“持續領先”，將考驗從LED、太陽能到顯示面板等三大產業。

    總之，鈣鈦礦的光電時代大門已經開啟。作為光電產業重大的材料和技術創新，對其怎么重視都不為過。這場關乎萬億級市場的材料革命，既是技術創新的較量，更是產業生態、行業政策和產業組織能力的博弈。特別是在國外競爭者加大政策性補貼力度，力圖彎道超車的背景下，在這場鈣鈦礦的"光電新大陸戰爭"中我國產業界亟需“更進一步”。