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染料敏化太阳能电池专利申请分析

发布时间：2020-08-08 11:48:15

　　一提到绿色能源或者可再生能源，人们几乎马上想到太阳能电池。最早的太阳能电池是硅太阳能电池，诞生于1954年，距今已有50多年的历史了。不过，由于硅太阳能电池制作工艺复杂、耗能大、成本高，其广泛应用受到了限制。自1991年以后，染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cell）因原材料廉价、制作工艺相对简单、性能较稳定、衰减少等优势进入人们的视线，并逐渐受到业内的广泛关注。

　　那么，什么是染料敏化太阳能电池呢？染料敏化太阳能电池是由纳米多孔半导体薄膜、染料（光敏化剂）、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成，是一种以染料敏化宽带隙半导体薄膜为光阳极的新型光伏电池。

　　本文以中国专利检索数据库（CPRS）中公开的专利文献为切入点，对主要申请人及其技术领域进行分析，以便国内企业或研究机构更好地采取应对措施，保护核心技术和创新成果，并有的放矢地开展新技术研发，全面提升自主创新能力和水平。本文所有统计数据截至2010年3月22日止。

　　主要研发方向

　　最近几年，光伏电池或者光伏发电技术的研究及应用在我国备受重视，国家发改委在2007年8月31日发布了《可再生能源中长期发展规划》，并出台了一系列扶持光伏产业发展的优惠政策；2008年3月3日又发布了《可再生能源发展“十一五”规划》，进一步明确了中国可再生能源的发展目标。目前，我国已经成为国际光伏产品的生产基地。

　　但是，我国在染料敏化太阳能电池技术研发与应用方面仍面临着许多问题，主要集中在光电转换效率、大面积化、液态电解液封装和长期稳定性等方面。例如，在光电转换效率方面，目前染料敏化太阳能实验室小面积电池（0.2cm2）最高效率可达11%，但100cm2的电池效率只有5%至9%，远逊于硅系列电池及砷化镓电池等商用太阳能电池。

　　再例如，在长期稳定性方面，染料敏化太阳能电池一般使用由有机溶剂和含有I-/I-3氧化还原对构成的液体电解质，这是损害其稳定性的“罪魁祸首”。因为高温下电解质的泄漏和溶剂的蒸发以及由溶液的热膨胀、收缩而引起的封装材料、纳米多孔薄膜的剥离和敏化染料的脱落等，都会对电池稳定性造成破坏性影响。另外，由于使用液体电解质可能引起的电解质热化学反应以及由绝缘破坏引起的短路和非可逆光电化学反应等，也有可能破坏其稳定性。因而，探究合适的电解质凝胶和固态空穴传输材料来代替液态电解质，制备高转换效率的准固态和全固态的染料敏化太阳能电池，是该技术领域的一个重要研究方向。

　　近几年专利申请量猛增

　　染料敏化太阳能电池领域的相关专利申请，截至2010年3月22日所公开的数据，该领域的专利申请量为447件，从图1所示的染料敏化太阳能电池相关专利申请的年申请量变化情况可知，2000年之前该技术领域的发展还处于萌芽期，仅在1996年和1999年分别有1件专利申请；2000年至2006年，该领域处于发展的初期阶段，申请量缓慢增加；2006年至今，进入快速发展阶段，其申请量迅速增长并保持较快的发展势头，其中，2008年的申请量已超过100件（2008年度和2009年度尚有未满18月公开的专利申请，所以2008年和2009的申请量未全面体现在数据中）。

　　专利申请人主要来自中日韩

　　根据图2所示的染料敏化太阳能电池相关专利申请国别分布情况可知，中国申请人在华的相关申请量排在第一位，占总申请量（447件）的74.7％，日本和韩国申请人在华的专利申请量排在第二位和第三位，分别占总申请量的13.2％和4.0%。由此可见，国内在该领域的技术发展较为迅速，在专利申请量上具有绝对优势。

　　日本和韩国相对于其他国家而言，在该领域的技术实力比较雄厚，研发投入较多，专利保护意识很强，而且比较重视中国市场，已经开始在中国进行相关的专利布局。

　　下图3列举了染料敏化太阳能电池领域专利申请的主要申请人，可以看出，申请量排在前十位的申请人中，除了韩国的三星位居第十名（与东南大学、南京大学、清华大学、武汉大学并列）之外，其余申请人均为中国企业或科研院所，日本化药则排在第十二名。

　　此外，值得注意的是，该领域的国内主要申请人中除了彩虹集团一家企业外，。这表明，，已经投入了一定的研发力量，并具有较强的专利保护意识，以期在该领域的国际竞争中抢占先机。

　　中国企业要在全球专利战略中占优

　　通过以上分析不难发现，染料敏化太阳能电池是太阳能光伏发电技术领域中较新的一个研究分支，目前仍处于实验室研发阶段，其专利申请大多在2000年之后；国内在该领域发展较为迅速，高校及科研院所对该技术领域高度关注，已经投入一定的研发力量，并具有较强的专利保护意识；日本和韩国在该领域的技术实力比较雄厚，研发投入较多，并已经开始在中国进行相关专利布局。国内有关企业或科研机构可以重点关注该领域新技术的研发，利用新材料、新工艺产出一些技术含量较高的核心专利，力争在全球专利战略中处于优势地位。（知识产权报　作者　素白）