柔性钙钛矿太阳能电池专利技术综述

韩婷

摘 要：钙钛矿太阳能电池是近年来光伏领域的研究热点，其效率高、制备成本低，并且适于制备柔性器件，应用场景广泛，易于商业化。文章将从专利角度分析柔性钙钛矿太阳能电池技术，主要研究该技术领域国内外的专利申请趋势、主要申请人分布和中国范围内的专利申请法律状态，以及相关技术分支和发展脉络，以为该领域的发展提供专利信息参考。

关键词：柔性;钙钛矿;太阳能;电池;专利

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.004

太阳能属于新型绿色能源，太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池由于具有高光电转换效率、材料选择范围宽、制备成本低等优点而备受关注。而且柔性钙钛矿太阳能电池可望进一步拓展其应用和降低成本，其适用于各种基底表面，且可用于可穿戴设备，适宜卷对卷连续生产，易于实现商业化。因此，分析柔性钙钛矿太阳能电池领域的专利现状，有利于该领域的专利布局，明确研究发展方向，避免侵权风险，有望推进其商业化进程[1-3]。

1 國内和全球的专利申请概况

根据检索信息，得到涉及柔性钙钛矿太阳能电池的相关专利859件，统计截止时间为2021年06月06日，其中中国范围内的发明专利申请共739件。由于数据库中收录的数据具有时间滞后性，并且专利申请从提出到被公开具有一定的时间间隔，因此近2～3年的数据均可能有所偏差，均可能少于实际的申请量。

如图1所示，该领域的全球和中国范围内的发明专利申请量趋势一致，分为三个阶段：2013年之前为萌芽期，2014年～2017年为快速增长期，2018年后为发展期，而2019年～2021年的数据减少，可能与专利申请公开延迟相关。该领域最早的申请于2012年在国外提出，与全固态钙钛矿太阳能电池出现的时期相同。国内的相关研究始于2013年，之后的申请量逐年直线攀升，势头远超国外，而且一直态势稳定。

通过图1中的内嵌图可以看出，中国申请人的申请量明显多于其他国家，占全球申请总量的75%以上，其次是美国、日本等，说明国内在该领域的研究占据重要地位。这主要得益于国内逐渐增强的专利保护意识、不断发展的科研和经济实力，以及相关的国家政策等。

该领域专利的原创申请人类型和主要原创申请人如图2所示，其中高校、研究所占一半以上，其次是企业，也有少量的个人申请。全球申请量较多的原创申请人中，中国的高校、研究所和企业占88.2%。其中，申请量最多的为华中科技大学，公司中属太一新能源的申请量最多，国外上榜的都是企业，即德国默克专利以及日本的积水化学工业株式会社，说明我国企业在该领域的专利布局相较于高校、研究所占比不足，商业化程度有待提高。

从表1可以看出，在中国范围内提及的该领域的发明专利申请已结案件中，国内申请人的三率（即授权、驳回和视撤比例）均高于国外申请人，且高于平均比值，这可能源于国外在华申请一般为国际申请（WO）或巴黎公约申请（EP），其从提出到进入实质审查的周期较长，因此已结案件比例较低;另一方面，也说明我国申请人在该领域的专利质量良莠不齐。而在专利运营方面，主要体现在专利申请权、专利权的转移，国内申请人的转移比例低于国外申请人，结合我国的主要申请人为高校、研究所来看，说明我国在该领域的成果转化或商业化程度不足，希望未来高校、研究所的相关研究可以实现应用，这样才能使我国在该领域真正占据创新主导地位。

2 柔性钙钛矿太阳能电池专利技术概况

该领域的全球专利申请研究方向分布如图3所示，可见柔性实现方式中采用平面型或倒装型结构是最为普遍的方式，早期电池结构仍沿用染料敏化电池中的多孔支架，后期多是研究无多孔结构的平面型器件。其次是涉及多孔支架的材料和制备方法改进，基底改进的专利数量明显低于前两种，原因在于该改进点比较小且容易，且采用的柔性耐高温基底也均是光伏器件中的常用材料，因此专利价值不高。纤维型是该领域申请量最少但最为新颖的研究方向，对于未来用于编制可穿戴电子产品具有重要意义。

如图3所示，其中多孔支架改进技术主要可分为以下分支：多孔骨架选择有机、SnO2等烧结多孔温度较低的材料;采用低温法制备多孔骨架，如采用TiO2纳米颗粒溶液旋涂制备;在金属基底或基底上金属层表面，通过阳极氧化法制备纳米管阵列、海绵状多孔结构等;静电纺丝法;采用反蛋白石结构。上述分支中涉及低温法的申请量最多，其材料、实现方法多;其次是阳极氧化法，该方法可获得一维纳米管阵列，有利于载流子的垂直定向迁移，效率高、可控性强;静电纺丝可制备纳米纤维多孔结构，技术成熟且成本低。多孔烧结温度较低的材料选择有限，且对电池效率的益处不大，因此研究较少。

另外，反蛋白石属于新颖且可靠的多孔支架制备方法，其一般采用液面转移法在基底上制备胶体晶体模板，之后可通过ALD、磁控溅射等共形沉积法制备氧化钛薄膜，低温烧结去除胶体晶体模板后，即可得到保留模板的球状或碗状的氧化钛多孔支架层。

3 柔性钙钛矿太阳能电池专利技术概况

本节将从柔性钙钛矿太阳能电池的四种实现方式入手，通过分析基底改进、多孔支架改进、平面型或倒装型以及纤维型四种途径中的重点技术专利，得出该领域的大致技术发展路线，如图4所示。

4 结语

综上所述，文章分析了柔性钙钛矿太阳能电池领域的发明专利申请状况，介绍了该领域的国内外专利申请趋势、主要申请人分布和中国范围内的专利申请法律状态，并简单介绍了该领域的专利技术分支和发展脉络，以期有助于相关研究人员在该领域进行专利布局及开发新的研究方向。

参考文献

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