前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的光伏專利技術狀況及進展趨向，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
一太陽電池技術的發展 1873年英國科學家WiloughB.Smith發現了對光敏感的硒材料，并提出在光的照射下硒導電能力的增加正比于光通量。1880年，第一片以硒為基礎的太陽電池由CharlesFritts制造出；1954年，美國貝爾實驗室G.Pearson、D.Chapin和C.Fuller開發了第一個實用單晶硅太陽電池。第一代太陽電池以硅片為基礎，其技術已經發展成熟。太陽電池的主要材料為晶體硅。目前主要研究方向為：硅基太陽電池的轉換效率，目的在于采用雙面電池、減小光反射來提高光電轉換效率；運用吸雜技術減小半導體材料的復合效應；使電池超薄型化；降低硅片的缺陷；快速摻雜和表面處理技術；連續和快速的布線工藝；多晶硅電池表面織構化技術和薄片化；高效率電池工藝技術等。第二代太陽電池基于薄膜技術，其結構主要是在非硅材料的襯底上生長薄膜光電材料，這樣就能夠大大減少硅材料的消耗，并且易于形成批量自動化生產，從而降低太陽電池的成本。高轉換效率的薄膜太陽電池主要通過減少非光能耗、增加光子有效利用以及減少太陽電池內阻，實現轉換效率的大幅度提升。國際上已經開發出電池效率在15%以上、組件效率10%以上和系統效率8%以上、使用壽命超過25年的薄膜太陽電池工業化生產技術。新一代太陽電池的發展方向是化合物太陽電池(如銅銦鎵硒等)，其具有轉換效率高、成本低、弱光性好以及壽命長等優點。我國于1959年成功研制第一個具有實用價值的太陽電池，1979年開始生產單晶硅太陽電池。近年來，我國科研工作者的研究方向包括晶體硅高效太陽電池技術、非晶硅薄膜太陽電池技術、碲化鎘和銅銦硒薄膜太陽電池技術、多晶硅薄膜太陽電池技術及應用系統關鍵技術等。 二光伏行業專利技術分布 隨著全球光伏產業的迅速發展，用于太陽電池的活性材料及其制造工藝技術也得到迅速發展，全球專利申請量逐年穩定增長。專利申請主要集中在日本、美國、歐洲、德國、中國和韓國等國家和地區，其中以日本的專利申請量最多，占全球總申請量的64.0%，遠遠超出其他國家和地區所占比例；專利申請量居前列的是日本和德國企業。近年來，用于太陽電池的活性材料主要是單晶硅和多晶硅。由于多晶硅是制造單晶硅的主要原材料，因此，多晶硅的制造是關鍵。目前工藝成熟并用于大規模生產的工藝主要是西門子法。國內外申請人的專利申請也以多晶硅及其制造申請量居多，主要涉及西門子法和冶金法，但是國內外申請人的側重點不同，國外在華專利申請中涉及西門子法的專利申請較多，而國內申請中涉及冶金法的專利申請較多。用于太陽電池的活性材料及其制造工藝主要集中在日本、德國、美國和韓國。在全球專利申請量中，申請量居前列的公司包括住友、夏普、三菱、西門子、松下、川崎制鐵、佳能、京瓷、瓦克和德山等(注：數據來源于中國專利檢索數據庫，公司名稱統一采用簡稱)。重點生產廠商都側重于多晶硅制造技術，松下主要側重于化合物材料制造，佳能主要側重于多晶硅薄膜的制造。在多晶硅工藝方面，京瓷主要側重于多晶硅后續加工，如鑄錠等方面。住友在各個主要技術分支的發展較均衡，但更側重于對西門子法的完善和改進，同時也在積極研究金屬還原法。 1多晶硅制備技術 近年來光伏產業飛速發展，多晶硅制備技術的相關專利年平均增長率超過40%。目前世界大部分多晶硅生產廠商主要還是采用改良西門子法進行生產，這表明改良西門子法仍是目前較成熟的多晶硅制造方法。除了改良西門子法外，當前出現了很多新的多晶硅制造工藝，其中一個熱點工藝是冶金法制造多晶硅。國外在華專利申請中，冶金法的專利申請量在總量中位居第二，一些主要廠商如川崎制鐵、住友等也積極開發此方法。冶金級硅的純度不如傳統西門子法制造的多晶硅純度高，使用冶金級硅制造的太陽電池衰減也較嚴重，其使用壽命還沒有得到驗證，但成本優勢明顯。道康寧和西日本制鐵公司所正在用冶金法試生產高純冶金多晶硅，用其制造的多晶硅太陽電池的轉換效率可達15%。其中重要專利包括佳能的冶金法CN100341780C、三菱的硅烷法JP3864693B2及金屬還原法JP3844856B2以及日本德山公司的西門子法CN100436315C、CN1230379C、CN100347083C，川崎制鐵公司的冶金法CN1092602C、JP3205352B2、JP1733986C，美國Hemlock公司的EP334664B1、EP1392601B1。 2太陽電池技術 全球太陽電池技術發展迅猛，專利申請的技術重點主要是薄膜太陽電池相關技術，同時染料敏化太陽電池相關技術也是近幾年的研究熱點。在專利技術申請方面，我國的技術方向與國外基本一致。技術分支較全面，主要集中在薄膜太陽電池相關技術方面。同時，在近年來備受關注的染料敏化太陽電池方面的研究也較活躍。其中北京行者公司、李毅(申請人)和南開大學的研究重點為薄膜太陽電池；彩虹集團公司、復旦大學、清華大學和中科院長春應用化學研究所在染料敏化太陽電池領域的研究較活躍；常州天合公司的研究則主要集中在晶體硅太陽電池相關技術；此外，中科院長春應用化學研究所對有機太陽電池的關注度較高。太陽電池領域全球專利申請中，日本申請人在該領域處于絕對優勢地位，在申請量上已經基本處于壟斷地位。夏普和三菱自1999年開始，專利申請量迅速增長，在近幾年一直保持發展勢頭。各主要廠商分別側重于不同技術領域，目前主要生產廠商都非常注重在薄膜太陽電池領域的技術開發，尤其是佳能、三洋和松下，基本上全部研發重心都放在薄膜太陽電池領域，夏普和三菱的發展都為全面，在晶體硅太陽電池、薄膜太陽電池、染料敏化太陽電池以及有機聚合物太陽電池4個技術領域均有一定數量的專利申請，其中夏普在晶體硅太陽電池方面的實力最強，而三菱則在染料敏化太陽電池和有機聚合物太陽電池領域略強于夏普。太陽電池領域的重要專利也主要集中于日本，如佳能、三洋、夏普等公司。其中晶體硅太陽電池和薄膜太陽電池技術的專利申請起源都較早，因此基礎性的專利都已經超過保護期限，重要專利均為改進型專利技術；染料敏化太陽電池是太陽電池領域中較新的一個研究分支，是目前全球專利申請的技術熱點。其中重要的專利包括佳能的疊層結構US6180870B1、US6383576B1、襯底/電極CN1096713C、US5500055A以及成膜方法/設備EP0828301B1等；夏普的襯底/電極CN100472817C、鈍化膜/抗反射EP1816683B1、染料敏化太陽電池JP1063802B2等；三菱的疊層結構CN100435357C；松下的疊層結構US6441301B1及染料敏化太陽電池US7256147B2。國內申請人分別具有不同的技術重點。在晶體硅太陽電池技術方面，無錫尚德的發明專利申請主要包括晶體硅太陽電池電極制絨和鍍減反射膜工藝；常州天合的專利申請涵蓋晶體硅太陽電池的襯底、電極的設計等；阿特斯的專利申請主要涉及太陽電池的抗反射及鈍化工藝。在薄膜太陽電池技術方面，疊層結構方面專利申請較活躍的主要申請人有南開大學、北京行者以及李毅，其中南開大學和李毅在薄膜太陽電池方面的專利技術較全面，涵蓋了襯底、電極以及疊層結構的設計，還有制造電池的方法和設備，北京行者的專利申請則主要集中在電池的電極和疊層結構方面。#p#分頁標題#e# 3硅基薄膜太陽電池技術 作為光伏行業的另一重要分支，薄膜太陽電池近年來得到快速發展，目前已達到實用化的薄膜太陽電池是硅基薄膜電池、碲化鎘(CdTe)薄膜電池、銅銦鎵硒(CIGS)薄膜電池。其中硅基薄膜太陽電池具有更多優勢，因而成為薄膜光伏市場的主流。硅基薄膜電池品種多，只需改變氣相成分可制備各種硅基單結電池和疊層結構電池。材料結構上包括非晶硅、微晶硅；電池結構上包括非晶硅單結、非晶硅/非晶硅雙結疊層、非晶硅/微晶硅雙結疊層電池，還包括以硅為基礎的各種合金材料和電池等。例如非晶硅鍺疊層電池，這個組合可擴寬光波譜吸收率，提升能源轉換效率，與傳統的非晶硅單結太陽電池相比提升了約50%，但仍不及晶體硅太陽電池的轉換效率。國內申請和國外在華申請中，薄膜太陽電池的申請量最大(分別占32.6%、35.8%)，主要申請人為佳能、三洋和松下，其基本上全部研發重心都放在薄膜太陽電池領域。國內薄膜太陽電池技術主要從材料組分控制、襯底材料及薄膜淀積生長設備等方面進行研發。 4染料敏化太陽電池技術 染料敏化太陽電池在中國的專利申請量從2000年以后明顯增加，在國內申請和國外在華申請中所占比例分別為24.1%和19.2%，僅次于晶體硅太陽電池技術。在此技術領域中，韓國三星公司的染料敏化太陽電池方法的專利申請量遠高于其他主要申請人。在該領域的專利申請中，國內申請量排名前十的申請人有彩虹集團、復旦大學、清華大學以及中科院長春應用化學研究所等。 5有機半導體太陽電池技術 在有機半導體太陽電池技術領域，日本、歐美國家研發時間較長。夏普和三菱在有機半導體太陽電池技術領域均有一定數量的專利申請，中科院長春應用化學研究所對有機太陽電池的關注度較高，共提交了11件相關專利申請。 6光伏組件技術 光伏組件技術的發展伴隨著太陽電池技術的發展而持續推進，在這方面主要集中了日本、美國和德國等發達地區的專利申請，其中以日本的專利申請數量最多，而且專利申請量居前列的幾乎全為日本申請人?？傮w來看，日本在光伏組件技術方面占據優勢地位，美國、德國等地區也具有雄厚的實力。中國地區光伏組件技術方面的專利申請量近十年增長快速，然而國內專利申請的主體是實用新型，發明專利申請的數量不足，通過PCT途徑提交的發明專利申請更少；另外國內專利申請的分布區域較為集中，但申請人較為分散，尤其科研機構及個人所占比例較大。在光伏組件重要技術分支的研發上，國內外申請人的側重點不同，國外申請和國外在華申請中以互連技術和封裝技術的申請量居多；而國內申請中聚光技術和封裝技術的比例較多，尤其以聚光技術最多；對于封裝技術，國內申請人主要集中在封裝工藝方面提出申請，而在封裝材料方面的申請相對較少。其中重要的專利包括佳能的互連技術CN1227747C、封裝技術US5728230A；夏普的互連技術、保護技術US5330583A；三洋的封裝技術、保護技術US6552258B2、聚光技術JP3738129B2等。 (1)先進封裝材料制造技術 封裝技術方面的專利申請側重于制造工藝，重要專利包括將旁路二極管集成在太陽電池片內部的專利US6359210B2、在太陽電池片與背膜之間增加絕緣樹脂片的專利CN1194421C等。光伏組件對于高耐候性和高阻隔性的需求使封裝材料的發展極其迅速，然而目前來看光伏組件的封裝材料特別是背膜材料尚存在電氣性能、阻隔性與耐候性不高的情況，這都嚴重影響了光伏組件的電性能與工作壽命。杜邦、普利司通等公司在封裝材料制造方面占有相當優勢的地位。 (2)聚光光伏組件技術 采用聚光技術提高照射在光伏組件表面上的太陽光能量，可提高光伏組件單位面積的光電轉換效率，同時降低太陽電池片本身的材料用量，有利于產生更多電能并且降低組件成本。然而，目前聚光光伏技術存在太陽電池溫度升高導致光電轉換效率下降以及光伏發電系統復雜度提升的問題，這些問題成為制約聚光光伏發電發展的障礙，導致產業化的實現存在困難。聚光光伏組件技術的專利申請量較少，可在此基礎上繼續深入研究聚光光伏技術。該技術領域的研究重點在于解決光伏與光熱綜合利用，提高太陽電池轉換效率的同時有效回收所產生的熱量。 三結論 本文從專利領域對光伏技術發展現狀及其發展趨勢進行了分析，結合我國太陽電池技術領域的產業現狀、發展目標和發展趨勢，得出以下結論： (1)太陽電池技術應注重向光伏轉換理論、光譜選擇性機理、材料工藝特性、產品性能檢測與仿真、生產裝置等技術領域的發展。 (2)多晶硅技術仍可持續發展，薄膜太陽電池和染料敏化電池將成為重點突破的技術領域。薄膜太陽電池領域如銅銦鎵硒薄膜太陽電池作為新興的薄膜太陽電池，具有生產成本低、污染小、不衰退、弱光性能好、光電轉換效率高等顯著特點，在應用上可與晶體硅電池形成良好的互補，應該加大研究開發力度。 (3)西門子法多晶硅制造技術的研發重點在反應器及尾氣回收利用等方面；冶金法多晶硅制造技術的研發重點在轉換效率方面；化合物材料制造技術的研發重點在I-III-VI族化合物，如CIGS、CIS；多晶硅薄膜制造技術的研發重點是材料組分控制、襯底材料及薄膜淀積生長設備等方面；而薄膜太陽電池技術的研發重點為襯底的材料和結構、電極的材料和結構、疊層結構以及制造電池的方法和設備等方面；染料敏化太陽電池技術的研發重點為新材料、新工藝方面；有機聚合物太陽電池技術的研發重點是材料的轉換效率；光伏組件的研發重點在于封裝技術和聚光技術方面。