銅鋅錫硫系薄膜太陽(yáng)電池的專(zhuān)利分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心 ■ 王倩天津大學(xué) ■ 王萍

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銅鋅錫硫系薄膜太陽(yáng)電池的專(zhuān)利分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心 ■ 王倩*天津大學(xué) ■ 王萍

摘 要：銅鋅錫硫(CZTS)系薄膜太陽(yáng)電池因其高吸收系數(shù)、適宜的帶隙寬度而成為太陽(yáng)電池領(lǐng)域非常有前途的光吸收層材料。本文針對(duì)CZTS系薄膜太陽(yáng)電池進(jìn)行專(zhuān)利技術(shù)綜述的分析，對(duì)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)情況進(jìn)行梳理，為國(guó)內(nèi)薄膜太陽(yáng)電池研究發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：銅鋅錫硫；薄膜太陽(yáng)電池；專(zhuān)利分析

0 引言

目前，光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的是薄膜光電技術(shù)，其中銅銦鎵硒(CIGS)電池因光電轉(zhuǎn)換效率最高而備受關(guān)注[1]。但由于CIGS電池需要消耗In、Ga等稀有金屬，銅鋅錫硫(CZTS)系被認(rèn)為是最有潛力的替代材料。考慮到真空制備CZTS的高成本，IBM公司的Todorov T K團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)解決該問(wèn)題的重要發(fā)明[2]中提供了一種基于聯(lián)氨的Cu2ZnSn(Se, S)4的制備方法，并獲得9.6%的光電轉(zhuǎn)換效率[3]，性能上的提高使得這種材料體系可直接應(yīng)用于工業(yè)。

1 銅鋅錫硫太陽(yáng)電池專(zhuān)利技術(shù)的整體申請(qǐng)情況

1.1專(zhuān)利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

本文以關(guān)鍵詞結(jié)合分類(lèi)號(hào)的方式，分別在中文數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS，外文數(shù)據(jù)庫(kù)VEN、USTXT、EPTXT、WOTXT進(jìn)行檢索，檢索時(shí)間截止到2014年1月1日。

圖1為CZTS系太陽(yáng)電池全球及在華專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)圖。其中，在華專(zhuān)利申請(qǐng)為國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人在中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)。可看出，在華專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)與全球?qū)＠暾?qǐng)的趨勢(shì)保持一致。其中，2007年以前全球及在華專(zhuān)利申請(qǐng)均較少；從2007年開(kāi)始，申請(qǐng)量出現(xiàn)增長(zhǎng)；自2009年以后，全球以及在華的專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)極為迅速并保持逐年遞增的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)镃ZTS的各元素含量豐富、無(wú)毒且廉價(jià)而成為CIGS的理想替代材料，因此各國(guó)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以CZTS作為光吸收層的太陽(yáng)電池中；而全球申請(qǐng)?jiān)?013年、在華申請(qǐng)?jiān)?012～2013年申請(qǐng)量的下降，則可能與部分專(zhuān)利未公開(kāi)有關(guān)，在此不作為主要數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。從圖1中不難預(yù)測(cè)，隨著太陽(yáng)電池行業(yè)的不斷發(fā)展創(chuàng)新及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，CZTS在太陽(yáng)電池的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越重要，今后對(duì)其制備方法、轉(zhuǎn)化效率等的研究仍將持續(xù)保持熱度，該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量也將保持持續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)的狀態(tài)。

圖1　CZTS系薄膜太陽(yáng)電池全球及在華專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)

1.2 專(zhuān)利申請(qǐng)產(chǎn)出國(guó)和申請(qǐng)人分布

通過(guò)對(duì)CZTS系薄膜太陽(yáng)電池專(zhuān)利申請(qǐng)產(chǎn)出國(guó)的統(tǒng)計(jì)(如圖2所示)可看出，以美國(guó)、中國(guó)(臺(tái)灣占6%)、日本、韓國(guó)、德國(guó)為代表的國(guó)家或地區(qū)擁有較多的原創(chuàng)技術(shù)。其中，美國(guó)的申請(qǐng)量遠(yuǎn)高于其他國(guó)家，展示了其在該領(lǐng)域較強(qiáng)的研發(fā)和技術(shù)實(shí)力，這與CZTS的研究歷史及國(guó)家對(duì)科技研發(fā)的重視、現(xiàn)有市場(chǎng)份額呈現(xiàn)出較好的對(duì)應(yīng)性。

圖2　專(zhuān)利申請(qǐng)產(chǎn)出國(guó)分布

通過(guò)進(jìn)一步研究中國(guó)申請(qǐng)技術(shù)分支(如圖3所示)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)中關(guān)于CZTS系電池制備的專(zhuān)利僅占到全部專(zhuān)利的33%，而僅涉及CZTS系材料制備方法的專(zhuān)利則占到全部專(zhuān)利的65%，關(guān)于CZTS系材料用途等其他專(zhuān)利占2%。也就是說(shuō)，中國(guó)的專(zhuān)利大部分集中在材料的制備方法中，而對(duì)材料的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，如制備成為薄膜電池等上游領(lǐng)域，仍需加大研發(fā)力度。這既與我國(guó)對(duì)CZTS的研究起步較晚有一定關(guān)系，也與參與研發(fā)的人員構(gòu)成有關(guān)。

圖3　中國(guó)申請(qǐng)技術(shù)分支分布圖

更進(jìn)一步地對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于CZTS的申請(qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(如圖4所示)，可看出，中國(guó)申請(qǐng)人中約88%的申請(qǐng)來(lái)自于高校及研究院，而企業(yè)的申請(qǐng)量?jī)H約占12%。中國(guó)高校及研究院的申請(qǐng)人中，沒(méi)有代表性的申請(qǐng)人，大部分高校或研究院的申請(qǐng)量在1～3件之間。而中國(guó)的企業(yè)申請(qǐng)人中也沒(méi)有代表性的申請(qǐng)人，且申請(qǐng)量普遍較少。而國(guó)外的申請(qǐng)人中來(lái)自企業(yè)的申請(qǐng)約為51.5%，遠(yuǎn)高于中國(guó)企業(yè)的申請(qǐng)，這也從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明，我國(guó)的CZTS系薄膜太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化仍需做大量的工作和努力，同時(shí)，高校等科研院所的技術(shù)轉(zhuǎn)化還需要加強(qiáng)力度。

圖4　國(guó)外和中國(guó)申請(qǐng)人類(lèi)型分布

2 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外CZTS領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的分析，能夠清晰和準(zhǔn)確的顯示現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，為我國(guó)CZTS領(lǐng)域企業(yè)、科研院所等的研發(fā)提供一定參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫云, 王俊清, 杜兆峰, 等. CIS和CIGS薄膜太陽(yáng)電池的研究[J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2001, 22 (2): 192－195.

[2] International Business Machines Corporation. Method of forming semiconductor film and photovoltaic device including the film [P].US：US2011/0094557A1, 20110428.

[3] Todorov T K, Reuter K B, Mitzi D B. High-efficiency solar cell with earth-abundant liquid-processed absorber[J]. Advanced Materials , 2010, 22: E156－E159.

III-V 族太陽(yáng)電池的發(fā)展和應(yīng)用系列講座(3)

通信作者：王倩 (1986—)，女，碩士，主要從事電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體領(lǐng)域的專(zhuān)利實(shí)質(zhì)審查。wq20902069@126.com

收稿日期：2015-04-03