鈣鈦礦太陽電池專利技術概述

朱 波

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川成都，610213）

鈣鈦礦太陽電池專利技術概述

朱 波

（國家知識產權局專利局專利審查協作四川中心，四川成都，610213）

鈣鈦礦太陽電池（Perovskite Solar Cells，PSCs）是由染料敏化太陽能電池演化出來的一種新型太陽能電池。其能夠利用有機太陽能電池所采用的溶液法進行制備，極大降低了生產成本，有望成為新能源產業的一項重要技術。本文通過對檢索到的國內外關于鈣鈦礦太陽電池的專利申請文件進行統計和梳理，對鈣鈦礦太陽電池領域的技術概況、專利申請態勢以及專利技術發展趨勢作了介紹，并分析了國內重點申請人的重點專利，為未來鈣鈦礦太陽電池領域的研究和改進提供參考。

太陽電池；光伏；鈣鈦礦；鹵素

0　引言

近年來，面對日益加劇的能源危機以及環境污染，太陽能作為一種重要的可再生能源，逐漸成為滿足全球能源需求的替代化石燃料的能源之一。利用光伏效應（Photovoltaic Effect）制成的太陽能電池，是將太陽能轉化為電能的一種主要手段，研發和生產高性能、低成本的太陽能電池，是實現太陽能有效利用的重要的技術和產業基礎。

1　專利技術概況

本文對檢索得到的截至2016年6月的804篇國內外鈣鈦礦太陽電池領域相關專利申請文件進行分析和統計。通過對涉及鈣鈦礦太陽電池的專利申請年份進行統計可知，如圖1所示，從2010年開始，鈣鈦礦太陽電池領域才開始有一定數量的專利申請，之后逐年上升，并在2014年和2015年達到頂峰，專利申請量均為300余件?？梢钥闯觯}鈦礦太陽電池是一種新興的技術領域，正處在蓬勃發展的階段，技術領域整體仍然具有廣闊的發展前景。

圖1 鈣鈦礦太陽電池相關專利申請量年度變化趨勢

圖2為鈣鈦礦太陽電池領域的專利申請國家與地區分布，可見其中中國申請人提出的專利數量最多，為526件，占本領域專利申請數量的約65%；其他申請量較多的國家和地區依次為日本、韓國和美國?？梢钥闯觯覈阝}鈦礦太陽電池領域的研究，依靠國內高校和研究所雄厚的科研資源基礎，已經位于世界前列。

圖2　各國家和地區專利申請量比例

2　重點專利技術演進

通過對鈣鈦礦太陽電池領域的申請人進行統計得出，華中科技大學、中國科學院物理研究所、浙江大學等在本領域均有一定的研究實力，專利申請量均在15件以上，涉及鈣鈦礦材料改進、電池結構改進以及制備方法改進等技術分支。

華中科技大學從2013年開始，在鈣鈦礦太陽電池領域進行了一系列的研究，主要涉及介觀鈣鈦礦太陽電池及其制備方法。其中，該申請人在2013年提出了一種基于鈣鈦礦類吸光材料的介觀太陽能電池（申請號：CN201310297115），采取全印刷的方法制備而成，采用鈣鈦礦類納米晶體作為活性吸光材料，并利用其自身的空穴傳導性能在介孔絕緣間隔層中形成空穴傳輸層，直接將空穴傳輸至空穴收集層中，避免了有機P型材料的使用。2014年，該申請人提出的一種鈣鈦礦太陽電池結構中，使用介孔p-i-n結構框架，能夠簡化制備工藝、降低制造成本，其中介孔p-i-n結構框架由n型半導體層、絕緣層和p型半導體層依次層疊構成，n型半導體層、所述絕緣層和所述p型半導體層均包含介孔。而在2016年，該申請人提出了一種鈣鈦礦太陽電池與超級電容器集成件，將鈣鈦礦太陽電池與超級電容器串接相連，實現了基于鈣鈦礦微能源器件高效光電能量轉換與存儲功能的統一。

中國科學院物理研究所在鈣鈦礦太陽電池領域的專利申請主要涉及太陽能電池結構的設計和改進。其中，該申請人在2014年提出了3件專利申請，均涉及鈣鈦礦太陽電池中使用的碳電極。如申請號為CN201310461537的專利申請中提出采用多孔碳材料替代昂貴的貴金屬材料作為對電極，同時采用絲網印刷法代替真空鍍膜法進行電極的制備，進一步節約了成本。另外，在2015年，該申請人還提出了采用有機-無機鈣鈦礦材料的單晶切片代替傳統的納米多晶材料，作為光吸收層，并將兩個選擇性電荷接觸層分別貼合在光吸收層的兩面以構成PN結，從而選擇性抽取和收集光吸收層產生的光生電荷，構成了基于鈣鈦礦單晶的太陽能電池結構；這種結構與傳統多晶鈣鈦礦太陽電池相比，具有較寬的光吸收范圍以及較高的電荷傳輸性能。

浙江大學在鈣鈦礦太陽電池領域的研究主要涉及空穴傳輸層材料和電子傳輸層材料的選擇。該申請人在2014年的專利申請中提出，采用CdSe納米晶體或者硫化鎘納米陣列作為鈣鈦礦太陽電池的空穴傳輸層，上述材料具有較窄的帶隙寬度，其對太陽光的吸收光譜較寬；增大了電子傳輸層材料與光敏層材料間的界面面積，提供了連續的電子傳輸通道；相對于高溫燒結，具有成本低、耗能少、易于實現大面積制備的優勢。2015年，該申請人又在一項專利申請（CN201510930766）中提出一種新型的星形分子Trux-OMeTAD及其衍生物作為鈣鈦礦太陽電池的空穴傳輸層，制備的鈣鈦礦太陽電池具有較高的開路電壓VOC，較高的短路電流JSC，較高的填充因子，能量轉換效率最高為18.8%，較為接近目前鈣鈦礦太陽電池的最高轉化效率。

鈣鈦礦太陽電池領域重要的國外申請人主要集中在韓國和日本。其中，韓國化學技術研究院（KRICT）在其2006年申請的專利（申請號：WO2015KR08103）中提出了一種采用硫族化物加合物的鈣鈦礦太陽電池，在傳統的鈣鈦礦吸光材料中引入DMSO等酸性化合物，增強了鈣鈦礦材料的吸光能力，所制備的器件轉化效率高達20.8%，較傳統鈣鈦礦太陽電池有明顯提升。

3　結束語

本文對鈣鈦礦太陽電池領域的技術概況、專利申請態勢以及專利技術發展趨勢作了介紹，并分析了國內重點申請人的重點專利，以期通過以上分析，對鈣鈦礦太陽電池領域的發展脈絡作進一步的梳理，為未來鈣鈦礦太陽電池領域的研究和改進提供參考。

［1］ Kojima A， Teshima K， Shirai Y， Miyasaka T， 2009 j. Am. Chem. Soc. 131 6050

［2］ Kim H S， Im S H， Park N G 2014 J. Phys. Chem. C 118 5615

［3］ 姚鑫，丁艷麗，張曉丹，趙穎，物理學報，第64卷，第3期，2015，038805

Overview of patent technology for solar cell

Zhu Bo
（Patent examination and cooperation of the Patent Office of the State Intellectual Property Office Sichuan center， Chengdu， Sichuan 610213）

Solar Cells Perovskite （PSCs） is a new type of solar cell which has evolved from the dye sensitized solar cell. It can be used in the preparation of organic solar cells，which greatly reduces the cost of production， is expected to become an important technology in the new energy industry. In this paper， after the statistics and analysis of the retrieved at home and abroad on the perovskite solar cell patent application， patent application and patent technology development trend trend of technology survey，on the field of perovskite solar cell are introduced，and the analysis of the key focus of domestic patent applicants， for the future of solar cell research field of perovskite and provide reference for improving. Keywords:solar cell；photovoltaic；perovskite；halogen