李 鹏，杨 丽，钟 飞，邬治平

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自从1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源作了定义之后，各国对于新能源的开发利用可谓风生水起。新能源的利用逐渐以各种方式涉及到各个领域，从军事到民生，大到供应一个国家电能的核能发电站，小到家家户户使用的太阳能热水器。手表作为一个需要持续运转的设备，在人们的日常生活中扮演着非常重要而且非常亲密的角色，手表的工作离不开能量的存储、能量的转化以及能量的传递，人们也由此设想能否将“太阳能”运用到手表领域中去。随着制表业的发展，太阳能手表诞生了。但由于太阳能这种特殊能源在利用上的局限性，太阳能技术在手表中的应用并不太成熟，加之人们对太阳能手表的陌生及对传统机械表的痴迷，太阳能手表的推广与发展还是处于瓶颈期，较难突破。对于太阳能手表技术上的缺陷，可以采用改进其结构的方式来加以改善。

1 太阳能手表的诞生

20世纪70年代，西铁城就已前瞻性地致力于太阳能手表的研发，并一直努力实现将新能源应用到手表上去，同时实现精美、时尚的外观设计。彼时的能源危机也是西铁城开始研发替代能源的触因之一。当时，以电池供电的石英表是日本钟表市场的主流趋势，成为当时最受欢迎的腕表。与此同时，西铁城也面临石英表带来的一些潜在问题，例如电池使用寿命有限，需要频繁更换电池，以及一次性电池对环境造成的影响。

就在这种时代背景下，世界上首个将太阳能电池嵌入表盘下方的光能供电腕表原型于1974年诞生了。2年之后，也就是1976年，西铁城推出了全球第一款太阳能手表Crystron Solar Cell[1]。西铁城公司也成为了第一家研发并制造出太阳能手表的钟表公司。图1为光能供电腕表原型，图2为全球首款太阳能手表。

图1 原型（1974年）

图2 全球首款太阳能手表（1976年）

2 太阳能手表的发展

20世纪80年代，许多行业对蓄电池的需求不断增长，通过光供电的产品越来越多，促使西铁城的工程师们不断提升现有技术，进一步改进太阳能手表。经过一段时间的紧张研发之后，西铁城推出了全球第一款满电后运行时长达到200 h的腕表，200 h的续航在当时已经算得上一次巨大突破。此后，随着锂电池蓄电技术的成熟，西铁城将其成功应用在太阳能手表上，将太阳能手表的续航能力带到了一个崭新的高度，使得腕表突破了满电运行6个月以上的技术难关。

随着时代的发展和技术的成熟，基于太阳能手表这项核心科技，以西铁城、卡西欧为主力军的各大钟表企业，不断推出了高附加值的太阳能手表，包括光能电波表、光能多局电波表、光能万年历表、光能三问报时表、光能卫星对时表等，旨在以更好的材质、更先进的功能、更稳定的走时、更持久的续航全方位地满足消费者需求。同时，这些致力于研发太阳能手表的钟表企业不断完善太阳能手表的研发与设计技术，攻克了表盘吸光、能量储存、节电等种种技术难关，最终完美地将光能机心、精锐制表工艺与精美、时尚的外观融合为一体，太阳能手表也正式以“第三代手表”的身份进入到人们的视线，被广大爱表一族所追求。市场上的太阳能手表样式和种类越来越多，市场占有率也得到了大幅度的提高。图3为满电运行200 h的腕表，图4为首款太阳能潜水表，图5为首款GPS太阳能腕表，图6为首款具有蓝牙功能的太阳能腕表。

图3 满电运行200 h的腕表（1986年）

图4 首款太阳能潜水表 （1998年）

图5 首款GPS太阳能腕表（2012年）

图6 首款具有蓝牙功能的太阳能腕表 （2013年）

3 太阳能手表的推广与发展的瓶颈

太阳能手表，亦称“光能手表”，利用的就是光能转电能的原理，为手表提供工作的能量来源。实现这种光电转化的装置就是太阳能电池板[2]，太阳能电池板接收太阳光，并将光线辐射的能量通过光伏效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，将太阳能转化为电能，一方面传输到蓄电池中存储起来，一方面直接供给负载工作。这也就意味着，太阳能电池板的质量与成本将直接决定了太阳能手表的质量和成本。

大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”。当前，晶体硅材料（包括多晶硅和单晶硅）是最主要的光伏材料，其市场占有率在90%以上，而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况[3]。不但太阳能电池板原材料的获取渠道狭窄，而且随着技术和市场的垄断，其制造成本变得非常大。单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%[4]，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但其制作成本很大，加之单晶硅一般采用钢化玻璃及防水树脂封装，虽然非常坚固耐用，可无形中又增加了其制作成本，以至于它还不能被大量广泛和普遍地使用。多晶硅太阳能电池虽然制作成本低，但是其光电转换效率却下降了很多，从性价比上来说，单晶硅太阳能电池还是略好一些。太阳能电池板的组成如图7所示。

图7 太阳能电池板的组成

除了技术成本上的局限和制约之外，人们对于传统机械表的钟爱对太阳能手表的推广来说也是个阻碍。当今，人们常常是把手表作为配饰还有彰显地位的工具，而不是仅仅用来查看时间，我们可以说观赏把玩性才是机械表真正被人们认可而产生购买欲的因素而不单单是看时间和续航能力。虽然今天的科技突飞猛进，新能源的开发利用也趋于成熟，但是普通民众还是更喜欢传统工艺和复古风格。

相比于机械手表，太阳能手表作为“第三代手表”，虽然得到了不少爱表者的追崇，也在市场上有了一定的销量，但其在市场上的推广仍然比较缓慢，加之制造太阳能手表的手表厂家非常少，主要集中在日本的几个老牌钟表企业，一些欧洲老牌钟表企业对这种新技术的投入和产品的生产并不感兴趣。

4 结束语

太阳能手表作为“新时代、新能源、新技术”的产物，将太阳能技术成功地移植到了手表上，作为第三代手表，它的优越性和高技术含量逐渐被人们所认可，在市场上也有了一席之地，但是发展的速度依旧非常缓慢，技术成本和传统观念对太阳能手表的推广和发展带来了非常大的阻碍，太阳能手表的未来之路依旧很漫长，如何突破这种发展瓶颈仍然是值得思考的问题。

［1］杜晨.西铁城防守反击［J］.IT经理世界，2007（06）：53-55.

［2］梁钰涵.太阳能光伏发电的意义及前景探究［J］.工业，2017（1）：164.

［3］刘广荣.中国多晶硅产业前景展望［J］.半导体信息，2008（4）：1-4.

［4］丰艳婷.有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究［D］.沈阳：辽宁大学，2015.