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淺析雙面晶硅太陽能電池專利布局

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  在當前全球氣候變暖、能源短缺的嚴峻形勢下,晶硅太陽能電池作為清潔能源越來越受到世界各國的重視。

  由于晶硅太陽能電池的發電效率制約了太陽能電池的產業應用與發展,為了有效提高晶硅電池的轉換效率,領域內研發人員通常會對電池的材料、結構、制備工藝等進行優化改進。近年來,為了提高電池轉換效率,研發人員提出了一種新型的雙面晶硅太陽能電池結構。雙面晶硅太陽能電池的結構,通常是在晶硅基板的上下兩側形成光電轉換層,使得電池的正面和背面都可以接受光照而產生電流,相比單面電池組件,雙面太陽能電池可以有效地提高發電效率。本文中,通過對雙面晶硅太陽能電池的專利布局情況進行全面的檢索分析,為太陽能電池企業提供參考。

  早在19世紀中期,相關研發人員已經開發出能夠雙面發光的太陽能電池。然而,受到制造成本、工藝、材料等技術水平的制約,相關研究進展緩慢。隨著單面太陽能電池結構和材料的改進,間接地促進了雙面太陽能電池技術的發展。從上世紀末至2007年,每年雙面太陽能電池的相關專利申請量約二三十件左右。從2008年開始,隨著中國在太陽能電池領域的大規模投入,相關專利申請量急劇上升,至2012年達到160余件。其后由于經濟形勢變化、產能過剩等影響,相關專利布局在2013和2014年出現緩慢回落。從2015年開始專利申請量觸底回升,并超過了2012年的水平,其后幾年專利申請量急劇上漲,2017年和2018年都超過了400件,是2012年專利申請量的2.5倍多。通過檢索分析可見,自2014年以來,國外申請人在雙面晶硅電池專利的申請量變化不大,而同期國內申請量大量增長,尤其是申請量排名前兩位的江蘇愛康實業集團有限公司(下稱江蘇愛康)、晶科能源控股有限公司(下稱晶科能源),這兩家公司的雙面晶硅太陽能電池專利申請絕大部分都是在2014年之后提交的,可謂近年來該領域申請量急劇增長的主要推手。

  申請量排名前十的申請人除上述兩家公司之外,還包括LG、三洋電氣、英利、阿特斯、常州天合等。上述公司都屬于老牌的太陽能電池企業,屬于行業領導者,然而近年來在雙面太陽能電池領域的專利申請都有所下降。江蘇愛康、晶科能源直到2014年左右才開始大規模布局雙面晶硅太陽能電池,雖是后起之秀,但這兩家公司的申請量卻遠遠超過其它公司,均達到100余件。

  江蘇愛康是專業從事生產、銷售太陽能電池板配件及系統的公司,成立于2006年,在廣東、浙江等地成立了數家新能源公司,其在雙面晶硅電池方向的專利申請主要集中于PERC雙面晶硅電池結構、其制備方法以及電池組件等。

  晶科能源也是專業從事生產、銷售太陽能電池板配件及系統的公司,成立于2006年,晶科能源在雙面晶硅電池方向的專利申請主要集中于N或P型晶硅電池的制作工藝以及電池組件、系統。

  目前常見的晶硅電池主要結構包括HIT、PERC、IBC等幾種形式,且都是由國外研發的,例如HIT技術屬于日本三洋電氣的發明,PERC電池來自澳大利亞的研究機構。不過,截至2018年底,國內申請人在雙面晶硅太陽能電池領域的專利布局遠遠超過國外申請人,這主要歸因于上述幾種類型的太陽能電池技術的日趨成熟,以及國內對太陽能領域的大規模投入,使得相關企業加大了在雙面晶硅電池方向的研發與應用。

  目前從技術發展路線上看,雙面晶硅太陽能電池的發展主要還是依賴于HIT、PERC、IBC等電池結構的發展。國內申請人在雙面晶硅電池領域的核心技術仍依賴于國外研發,主要是針對國外研發技術進行的各種改進,專利申請主要涉及對工藝的改進、對光伏組件的設計、安裝與應用方面。可以看出,盡管從產業投資和專利布局上看,近年來國內太陽能電池研發得到了迅速發展,但是仍處于產業鏈的中下游,核心技術含金量較低。同時,雖然涌現出一批優秀的光伏電池企業,但由于處于產業鏈尾端又受到企業技術路線選擇失誤或大規模投資導致的產能過剩的影響,企業很容易面臨困局,出現難以生存甚至破產的局面。我國該領域企業如想在激烈的市場競爭中處于不敗之地,仍需加強對行業核心技術的研發布局,加強對原創技術和原創材料的研發、對太陽能電池領域技術發展路線的監控,逐步轉向產業上游,避免出現對技術發展路線的判斷失誤而直接導致企業出局的后果。(徐健)

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