基于国内专利的钙钛矿太阳能电池发展趋势.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024-30-专利分析发展背景随着全世界对能源的需求量越来越大,石油、煤炭、天然气等传统能源的储量越来越少,对新型能源的需求不断增长。在新型能源中,太阳能由于其清洁、可再生的特性,受到广泛关注。太阳能电池的发展,经历了第 1 代晶硅太阳能电池、第 2 代薄膜太阳能电池,来到第 3 代的新概念太阳能电池。随着光伏领域对降本增效需求的不断提高,第 3 代太阳能电池中以钙钛矿为基底的太阳能电池越来越受到关注。钙钛矿材料结构式一般为 ABX3,其中 A 和 B 为两种阳离子,
2、X为阴离子,钙钛矿晶体一般为立方体或八面体结构。通常,用于太阳能电池的钙钛矿材料中 A 为有机胺离子,B 为二价金属离子,X 为卤素离子。通过将钙钛矿材料应用于太阳能电池领域,钙钛矿太阳能电池具有电池转化效率高、成本低的优势。2009 年,Miyasaka 团队率先将钙钛矿材料用于燃料敏化太阳能电池作为光吸收材料,获得 3.8%的光电转换效率。2012 年 Park 团队首次报道全固态钙钛矿太阳能电池,其光电效率达到 9.7%。随后,掀起了钙钛矿太阳能电池的研究热潮,钙钛矿太阳能电池的光电效率不断攀升。目前,钙钛矿太阳能电池的最高效率是由隆基绿能科技股份有限公司于 2023 年 11 月 3
3、日创造的,电池的转化效率达到33.9%,超过了晶硅太阳能电池的理论极限。本文在以下内容中将重点关注中文钙钛矿太阳能电池专利申请的发展趋势的专利技术分析。在中国专利文摘数据库(CNABS)中进行检索,数据截止时间为 2023 年 12 月 4日。其中在 CNABS 数据库中分别以“钙钛矿、太阳”为关键词来限定钙钛矿太阳能电池领域,并使用 IPC/CPC 分类号 H01L31、H01L51 来消除噪音,最终得到 4 369 件相关专利申请。由于专利从申请到公开存在 18 个月的滞后期,因此,2022、2023 年的数据仅供参考。专利申请年份分布使用 CNABS 中的检索结果进行分析,得到了关于钙钛
4、矿太阳能电池专利申请量的年度分布状况(见图 1)。由图1 中可以看出,自 2011 年出现首件钙钛矿太阳能电池的中国专利申请,但是 20112013 年几乎没有专利申请,处于停滞状态。从 2014 年开始,专利申请量显著增长并逐年快速上升,平均每年的增长量约为 100 件。在 20182021 这 4行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度基于国内专利的钙钛矿太阳能电池发展趋势赵世欣赵世欣国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心赵世欣,助理研究员。-31-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2024中国科技信息 202
5、4 年第 3 期专利分析年间,申请量相对稳定,保持在 500 600 件/年的水平。2022 年的专利申请量相较于前一年增长了超过 100 件,出现了又一次的飞跃。纵观钙钛矿太阳能电池的专利申请量的变化,2011 年国内出现首件专利申请,表明国内专利的申请紧跟钙钛矿太阳能电池技术的科学进展。2014 年起专利申请量出现的快速增长得益于钙钛矿薄膜制备技术的创新。专利申请量的变化一方面与技术的革新密切相关,另一方面也与国家的发展战略密不可分。2021 年 11 月,国家能源局和科学技术部出台 “十四五”能源领域科技创新规划,规划中明确了研究高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术等五项光伏技术。2022
6、年6月,国家九部门联合印发 “十四五”可再生能源发展规划,要求掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术。紧接着,2022 年 8 月,国家九部门再次联合出台科技支撑碳达峰碳中和实施方案(20222030 年),继续强调研究基于新材料,例如钙钛矿,的光伏电池新技术。可见,从 2021 年开始钙钛矿太阳能电池的技术研究和产业化成为我国光伏技术的发展重点,这也是 2022 年专利申请量再次飞跃的重要原因。可以预期,未来一段时间不仅是太阳能电池技术的研究热点,也是太阳能电池产业的发展方向。专利类型数量分析通过对专利申请的类型进行统计分析,钙钛矿太阳能电池的专利申请中,发明专利申请 3
7、982 件,实用新型专利申请 328 件。可见,发明专利申请的数量占全部专利申请数量的90%以上。充分说明在该领域的专利申请整体质量较高,申请人对该领域专利申请的重视程度较高,从而进一步反映出钙钛矿太阳能电池具有较高的技术含量和市场价值。专利申请人分析通过对专利申请人进行统计,得到专利申请量排名前 10的申请人(见表 1)。从表 1 可以看出,排名前 10 的申请人中,高校和科研机构略多于企业。这与钙钛矿太阳能电池技术仍处于科学研究的前沿,该领域的科学技术仍在持续创新的情况相吻合。上述申请人的专利申请总量为 783 件,仅占全部专利申请的约 18%。可见,专利申请比较分散,没有申请量具有绝对优
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