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。