交叉式背接触型光伏电池中国专利现状及其发展趋势

刘国梁 李晓明

（国家知识产权局专利局，北京 100088）

交叉式背接触型光伏电池中国专利现状及其发展趋势

刘国梁 李晓明

（国家知识产权局专利局，北京 100088）

光伏电池是近年来节能减排技术的代表，而交叉式背接触型光伏电池（IBC，Interdigitated back contact，IBC）则是近年来光伏电池研究的热点领域。本文通过对交叉式背接触型光伏电池技术领域的专利进行研究，分析了中国专利申请的趋势、区域分布以及主要申请人等情况，以期为行业、研究机构以及政府相关部门提供参考。

交叉式；背接触；背结IBC；光伏电池

在能源需求不断升高、传统能源价格居高不下、全球气候和环境问题受到普遍关注的背景下，可再生绿色能源在全球范围内得到快速发展。近几年来，光伏产业成为低碳经济中的重点产业，光伏发电技术也是全球研究的热点之一，世界各国都给予了高度重视与关注，产业也有了突飞猛进的发展。

背接触型光伏电池是指电池的发射区电极和基区电极均位于电池背面的一种光伏电池。背接触型光伏电池有很多优点：（1）效率高，由于降低或完全消除了正面栅线电极的遮光损失，从而提高了电池效率。（2）易组装，采用全新的组件封装模式进行共面连接，既减小了电池片间的间隔，提高了封装密度，又简化了制作工艺，降低了封装难度。（3）更美观，电池的正面均一、美观。由于背接触型光伏电池的诸多优势，对背接触型光伏电池的研发也倍受关注。

根据p-n结的位置不同，背接触型光伏电池可分为两类：（1）背结电池。p-n结位于电池背表面，发射区电极和基区电极也相应地位于电池背面。（2）前结电池。p-n结位于电池正表面，把正表面收集的载流子传递到背面的接触电极上。而交叉式背接触型光伏电池则是背结电池的代表技术，也是背接触型光伏电池研究的热点，背接触型光伏电池技术的相关专利申请较早，最早的背接触型光伏电池中国专利申请出现在1996年，而交叉式背接触型光伏电池申请出现较晚，集中申请也出现在近几年。

1 交叉式背接触型光伏电池简介

交叉式背接触型光伏电池（IBC，Interdigitated backcontact）是一种电极具有交指形状的背接触型光伏电池，电池结构如图1所示。该电池具有如下优势：第一，受光面无电极遮挡损失，如图1所示，电池前表面没有栅线，正负电极采用交叉排列的方式被制备在电池背面，避免了常规电池正面栅线的遮光损失；第二，背电极优化使得电池的串联电阻提高，由于电极完全分布在电池的背表面，受光面没有任何电极，无需考虑电极的宽度造成的遮光损失，因此可进一步优化电极宽度从而达到提高串联电阻的目的；第三，提供更好的优化前表面陷光和实现极低反射率的潜力［1］。

图1 IBC电池结构图

图2 交叉式背接触型光伏电池技术中国专利申请趋势

图4 交叉式背接触型光伏电池技术主要国家专利申请趋势

和传统晶硅电池相比，IBC光伏电池完全消除了遮光损失，电池的光吸收特性可进一步得以优化。除此之外，这一特点也为电极的接触特性提供了优化的空间，IBC光伏电池的串联电阻普遍低于传统电池。因此，IBC光伏电池在光吸收和电极接触特性两个方面都较好，是目前效率突破20%的N型高效电池结构之一（美国的Sunpower公司于2011年报道了产业化的N型高效IBC电池，转化效率达到22.4%）。

图3 交叉式背接触型光伏电池技术专利申请国家分布图

2 中国专利状况分析

截至2016年6月30日，中国专利数据库（CPRS）收录的交叉式背接触型光伏电池技术领域的专利申请总量为192件，其中中国申请人提出申请共计134件，占申请总量的69.8%，国外申请人提出的申请共计58件，占申请总量的30.2%。

2.1 专利申请趋势分析

2002年，交叉式背接触型光伏电池领域开始出现中国专利申请。其后几年，陆续有几件专利申请，直至2009年起，相关专利申请数量显著增加，并在2014年申请量达到最高峰近40件，随后，专利申请量逐年下降，但这主要是由于专利公开期限导致的滞后性，并不能完全反映2015-2016年的实际申请量，见图2交叉式背接触型光伏电池技术中国专利申请趋势图。专利申请量整体上仍处于快速上升阶段，申请量的大幅提高，说明申请人对交叉式背接触型光伏电池技术在我国的市场前景抱有较高期望。

2.2 区域分布分析

2.2.1 国家/地区分布

图3和图4分别为交叉式背接触型光伏电池技术专利申请国家分布图和主要国家年度专利申请趋势。可以看出，专利申请主要集中在中国和美国，并且中国的专利申请量远超其他国家，高达总量的69%以上，充分体现了中国在交叉式背接触型光伏电池领域技术的高速发展和专利申请的显著增长。美国作为较早进行背接触型光伏电池研究的国家之一，也拥有一定数量的专利申请。因此，我们也主要选取中国和美国两国分析其专利申请趋势，在2010年以前，中美两国的申请量接近，但在2010年后中国专利申请明显增长，遥遥领先，表明了中国市场的重视以及中国光伏产业的飞速发展。但也应当注意，由于奥巴马政府出台一系列鼓励发展新能源的政策，美国光伏发电产业上一直保持领先世界其他先进国家的态势。现在，美国的不少州也已出台了《可再生能源配额标准》，对光伏产业进行扶持，对美国同业者的关注仍不容忽视。在2014年申请量达到最大值后，开始呈下降趋势，这其中包括专利公开滞后性的因素，但也不排除光伏电池行业产能迅速扩大，市场供过于求影响相关专利申请，这仍有待后续跟进关注。

图5 交叉式背接触型光伏电池技术专利省市分布图

2.2.2 省市分布

国内申请数量与国外来华申请数量的对比，可以反映交叉式背接触型光伏电池技术上国内外专利技术力量的对比。而国内各省市地区的分布份额则能反映各地区在交叉式背接触型光伏电池技术上的发展情况及知识产权保护意识。

图5为交叉式背接触型光伏电池技术专利省市分布图。从图中可以看出，国内申请最集中的地区主要是长三角、华北地区和台湾。这是由于长三角地区经济发展较为领先，光伏发电的需求也较高，地方政府也对新能源领域有大量的扶持优惠政策。其中江苏的优势地位非常明显，为IBC光伏电池乃至整个光伏电池领域的发展提供了良好的环境。而台湾半导体领域发展较早，研发涉及半导体领域的方方面面，台湾申请人对交叉式背接触型光伏电池的研发也体现了该技术在业界是广受关注的。包括北京、山东在内的华北地区地处华北平原，地理位置较适合发展光伏产业，另外，经济实力以及政府对新能源领域的扶持也是其领先的重要因素。

图6 交叉式背接触型光伏电池专利申请类型分布图

专利申请集中在几个重点区域的另一个重要原因是由于行业内几家大型企业集中在上述地区，包括阿特斯、天合光能、中来、奥特斯维等主要申请人都来自江苏，而山东的主要申请人为力诺，上海主要申请人为凯世通，而神舟新能源在江苏和上海都有分公司，北京的主要申请人为汉能，国内申请大部分来自这些公司，也使得申请量主要集中在上述公司所在地，我们也将在后面对主要申请人进行深入分析。

2.3 申请类型分析

图6为交叉式背接触型光伏电池专利申请类型分布图，其中发明申请量为125件，占总量65.1%，发明（PCT）申请量为42件，占总量21.9%，发明申请量较多表明该领域属于高科技领域，技术含量较高。发明（PCT）所占比例较高，也说明该技术领域的国际关注度较高，有较大比例的申请为国外申请人通过专利合作条约进行的申请，是国外申请人在中国进行专利布局的重要表现。

2.4 主要申请人/专利权人分析

2.4.1 主要申请人

图7展示了主要申请人的排名情况。从图中可以看出，该领域的主要申请人都是中国公司，只有太阳能电池公司来自美国。图7所示的主要申请人的申请量占到了总申请量的一半以上。美国的太阳能公司在光伏电池领域起步很早，在该领域各个技术分支都有跟进的技术研发，其对IBC光伏电池领域也非常重视，在目前以及今后一段时间内，都应是中国申请人重点关注的对象。

中国申请人中，阿特斯、天合光能、中来等对专利申请非常重视，在2011年美国发起的“双反”调查中，上述企业也曾联合应对。通过之前的分析，我们也发现，该领域的主要申请人地域分布非常集中，天合光能、中来、奥特斯维、阿特斯以及神舟新能源都来自江苏，这也为这些企业市场以及技术研发合作提供了便利。

不同于我国的很多研究领域有大量科研院所申请人，在交叉式背接触型光伏电池领域，主要申请人都是企业，也占据了总申请量的很大比例，这表明该领域与实际应用结合非常紧密，技术转化为产品的周期很短，科研投入与产出的效率较高，相关申请人应加强技术研发再投入。

图7 交叉式背接触型光伏电池领域在华主要申请人分布图

目前，在IBC光伏电池中用于形成pn结的工艺主要有：液态B扩散、丝网印刷Al烧结、B离子注入等。在专利申请数据中，这三方面都有不少相关专利。尤其是国内主要申请人奥特斯维公司和阿特斯公司，已有相关专利布局。

2.4.2 主要专利权人

国内申请人中，获得专利授权较多的是山东力诺，其他申请人授权较少。而美国的太阳能公司授权数量占申请量比例较大。总体上来说，国内主要专利权人与主要申请人相对应，包括力诺、凯世通、中来等公司，授权量也高于国外申请人。国内企业在经历了“双反”调查后，对专利布局的意识都在增强，也已经具备了一定的技术实力。但是，专利权人呈现比较分散的特点，即主要专利权人所掌握的专利数量仍较少，国内申请人通过专利交叉授权等方式形成专利联盟，也不失为国内企业对抗国外企业技术倾轧的有效途径。

另外，我们也应意识到，光伏电池领域涉及的技术分支很多，总体上，发达国家仍然在该领域处于传统优势地位，掌握了较多的专利授权。国内专利权人虽然在交叉式背接触型光伏电池这一领域处于领先地位，但是在整个光伏电池领域并不占优势，那么，国内企业能否利用已经积累的技术力量尽快完成产业升级，也是目前光伏产业摆脱困境的关键。

3 结语

通过上述分析可以看出，在交叉式背接触型光伏电池领域，专利申请量在近年大量涌现，申请数量仍处于快速上升期，是光伏电池领域的研究热点，对交叉式背接触型光伏电池的研究方兴未艾。国内有一批企业，以阿特斯、天合光能、及中来等为代表，在国内有一定数量的专利申请，并且有一定数量的授权，其所掌握的专利数量足以与国外领先企业抗衡，这也与这些企业在市场上的表现相对应。可以说，在国内，中国申请人已经进行了较好的专利布局，对于技术和市场都占据了一定的主动权，无论是市场竞争还是知识产权保护都不落下风。

未来此领域的研究趋势集中在以下两个方面：（1）进一步优化电池的特性，包括Al-p+发射极、背表面钝化、前表面场和钝化等；（2）研发低成本设备，包括激光刻蚀氮化硅设备、可丝网印刷的抗酸浆料等。国内各申请人可以重点关注这些技术趋势发展，争取在重点技术领域做好专利布局。

但是，我们应该清醒地认识到，以整个光伏电池领域来看，国外申请人进行研发较早，技术上具有优势，专利布局也较早，尤其是在海外市场布局精密，国内申请人所作的布局寥寥，这与中国企业在国际市场上的地位形成了较大反差，尤其是国外企业在受到中国企业冲击时，动则举起“调查”的大旗，不得不引起人们的担忧。而单就交叉式背接触型光伏电池领域来说，国内申请人进行的研发以及专利申请则较为深入，国内申请人应该利用现有的技术储备，进一步加强研发投入，并且加强企业间的技术合作，提升技术水准，以此形成突破口，并争取尽快延伸在国际市场的专利布局。在目前国内企业产能过剩的情况下，更进一步地扩宽海外市场以输出产能是解决目前困境的良途，而专利申请的跟进则是不可或缺的。

［1］任丙彦，吴鑫，等.背接触硅太阳电池研究进展［J］.材料导报，2008，22（9）：101-105.

Current Status and Development Trend of ChinesePatents of Interdigitated Back Contact Photovoltaic Cell

Liu GuoliangLi Xiaoming
（The Patent Office of SIPO，Beijing 100088）

Photovoltaic cell is a representative of energy conservation and emission reduction technology in recent years，and the interdigitated back contact photovoltaic cell（IBC）is a hot research field in recent years.This article through researchingrelated Chinese patents of interdigitated back contact photovoltaic cell technology field，analysis the Chinese patents trend，regional distribution and the main applicants etc.，in order to provide reference for the practitioners，research institutions and government departments.

interdigitated；back contact；back junction IBC；photovoltaic cell

TM914.4

A

1003-5168（2016）07-0074-04

2016-6-13

刘国梁（1981-），男，硕士研究生，审查员，研究方向：太阳能电池；李晓明（1981-），女，硕士研究生，审查员，研究方向：太阳能电池，等同于第一作者。