技術預測：太陽能光伏電池的未來

能源是人類社會生存與發展的根基。隨著人類社會的快速發展，能源大量消耗導致的能源短缺和環境污染，是當前以及未來世界各國都必須直視的問題，因此對可再生能源的研究和利用上升到空前的戰略地位。太陽能既是一次能源，也是最重要的可再生能源之一，具有資源豐富，分布廣泛等優點，其利用方式重要有太陽熱能利用、太陽能光伏發電和光電解制氫等方式。其中太陽能光伏發電是當前太陽能領域最受關注的研究領域。

自1953年美國貝爾實驗室成功研制出光電轉換效率為6%的單晶硅太陽電池以來，類型豐富的太陽能電池接連問世。按照結晶狀態，太陽能電池可分為結晶薄膜式和非結晶薄膜式；按照材料可分為硅薄膜型、多元化合物薄膜型、聚合物多層修飾電極型、納米晶類型和有機太陽能電池。國內李欣、黃魯成通過Fisher－Pry模型分析，對1974－2010年間全球染料敏化太陽能光伏技術的發展趨勢進行研究；楊中楷、劉佳利用太陽能光伏電池數據，通過知識圖譜方法展現了技術沿革的歷史脈絡；李春發；曹瑩瑩利用CiteSpace軟件對全球的能值研究熱點進行可視化分析。然而，近幾年專門對太陽能電池領域關鍵技術的分析特別是對未來潛在技術的預測研究相對較少，本文將通過太陽能電池領域的期刊文獻，利用共被引網絡方法，探測太陽能電池領域近十年發展歷程中關鍵技術和潛在技術。

CiteSpace軟件是美國Drexel大學的ChaomeiChen博士在引文分析理論的基礎上，應用JAVA計算機編程語言開發的一種專門用于文獻信息可視化分析的應用程序。通過繪制研究文獻共被引網絡的科學知識圖譜，探測和分析學科研究前沿隨著時間相關的動態變化趨勢以及研究前沿與其知識基礎之間的關系，發現不同研究前沿之間的內部聯系，本研究基于CiteSpace繪制的文獻共被引網絡，根據關鍵節點判斷關鍵技術，結合聚類功能探測潛在的技術。根據2014年的JCR報告信息，選擇科學主題分類（SubjectCategory）中的能源與燃料（ENERGY＆FU-ELS）領域。該領域覆蓋了非可再生能源（例如木材、煤炭、石油和天然氣）和可再生能源（例如太陽能、風能、生物質能、地熱能和水能）的發展、生產、應用、轉化以及管理等方面。本文選取了太陽能領域的5個代表性期刊，數據檢索策略如表1所示：

我們將利用上述5種期刊，來分析探測引起太陽能領域研究轉折的關鍵技術。相關的文獻數據下載于美國ISI（科學情報研究所）的WebOfScience數據庫。

1、關鍵技術分析

首先通過CiteSpace軟件對太陽能領域的期刊文獻數據進行引文共被引（文獻共被引）可視化分析（DocumentCo－citationNetwork）。在參數選擇中，為了使文獻的被引次數容易觀測，增強可比性，我們選擇時間切片（TimeSlicing）為2，即以每2年為單位來計算文獻的被引用頻次的變化。在分析模塊（Modeling），選擇文獻共被引分析（CitedReference）。共被引文獻間的連線強度（LinksStrength）選擇夾角余弦（Cosine）。在節點顯示的閾值設置中，由于期刊在載文數量上隨時間呈上升趨勢，根據布拉德福定律（B.C.Bradford）的文獻分散理論，核心期刊區域與相關期刊區域成等比關系（1∶n∶n2……），因此選擇百分比N%作為閾值選項較為合理。我們設定顯示被引次數排在前0.5%的文獻，出現文獻樣本數量如表2所示。

利用Citespace軟件對數據進行計算處理，得到了一個結構非常清晰的共被引網絡，如圖1所示，其中節點的大小代表共被引頻次，節點圓環的厚度代表在時間區間內的被引次數。我們可以看到在同一時間區間內共被引連線的數量要明顯多于不同時區之間的連線，這表明了在同一時區內研究主題的聚類特點還是比較明顯的。一般情況下，在一個聚類比較明顯的網絡中，很容易識別聚類之間的關鍵節點和關鍵連線。

可視化分析結果（見圖1）顯示，太陽能領域研究形成了清晰的文獻共被引網絡，整體上反映了該領域從分散到集中、從基礎到應用的發展脈絡。

20世紀90年代以前，其文獻共被引網絡呈網狀分布（見圖1左下），這一時期關鍵節點相對分散，雖然出現了比較明顯的節點，但并未形成主導趨勢，這是因為該時期太陽能電池研究尚處于萌芽階段。1954年，在貝爾實驗室誕生了第一個太陽能電池。1960年前后，H.Gerischer等人發現染料吸附在半導體上并在一定條件下能出現電流，這成為光電化學電池的重要研究基礎。在隨后的30年間，H.Gerischer等研究了各種染料敏化劑與半導體納米晶間光敏化用途，但是研究出現的光電轉換效率始終未超過1%。