鉅大LARGE | 點擊量：1040次 | 2021年04月23日
有關石墨烯太陽能電池前景分析
目前，能源消耗重要來自于化石燃料，由于化石燃料儲量有限以及所帶來的環境污染問題，人們開始把目光投向可再生能源。在諸如風能、生物能、潮汐能、水力電氣和地熱等環境友好、可再生的能源中，太陽能的應用前景最為廣闊。伴隨著1954年第一個實用性的半導體太陽能電池的問世，標志著太陽能電池的發展開始起步；而石墨烯是理想的太陽電池導電電極材料，通過在太陽能電池中引入石墨烯材料，有效地提高了太陽能電池的光電轉換效率。
基于太陽能電池行業發展的需求以及石墨烯修飾太陽能電池技術的研究進展，國家知識產權局專利分析普及推廣項目石墨烯電池課題組從石墨烯太陽能電池的專利布局、技術動向、研發團隊三個視角出發，對石墨烯太陽能電池技術進行了深度剖析。
PART1專利布局
石墨烯太陽能電池技術的申請量在全球和我國上升迅速，專利布局以我國、美國、日本和韓國為主，美國、日本和韓國也在我國積極布局，江蘇、北京等省市是國內申請的重要來源。
全球石墨烯太陽能電池的專利申請從2007年的3件，經過5年的發展，迅速新增到了2012年的169件，整體呈現出迅速上升的態勢。我國石墨烯太陽能電池的年度專利申請量的上升態勢與全球類似，也是逐年穩步上升。
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石墨烯太陽能電池全球專利申請重要來自我國，其次是韓國、美國和日本，這表明石墨烯太陽能電池的重要市場國是我國、韓國、美國和日本。石墨烯太陽能電池我國專利申請中有37%是國外在華申請，重要來自美國、韓國、日本，這說明美、日、韓在我國積極進行了專利布局。我國石墨烯太陽能電池專利申請的國內申請人重要來自江蘇、北京等地區，而江蘇和北京正是相關公司和研究機構分布密集的地區關注，這說明石墨烯太陽能電池作為一項新興技術受到了國內公司、研究機構和大專院校的廣泛關注。
PART2技術動向
石墨烯在染料敏化電池和半導體薄膜電池等技術中的應用是全球研發熱點，國內的另一研發熱點異質結光伏電池可視為是我國特色。
如圖1所示，全球石墨烯太陽能電池專利技術重要集中在染料敏化電池、半導體薄膜電池、硅基電池技術，共有224項專利申請；其次是通用類太陽能電池，其包括可用于多類太陽能電池中的通用部件，共有197項專利申請；其余申請量比較大的還有有機聚合物類太陽能電池，共有57項。整體上來說，目前石墨烯太陽能電池的研究重點還是集中在染料敏化電池、半導體薄膜電池、硅基電池、以及可用于多類太陽能電池中的通用部件等方面。
我國石墨烯太陽能電池專利技術分布與全球專利技術分布基本類似，但還存在一個明顯的差異，在國內，異質結光伏電池也具有較高的申請量，異質結光伏電池共有20項。
就我國石墨烯太陽能電池專利申請的技術功效而言，如圖2所示，其中可以實現提高光電轉換效率目的的專利申請最多，其次是提高導電性和提高光吸收率的專利申請，然后是降低生產成本的專利申請，用于提高功率密度和短路電流的專利申請最少。雖然有較多的專利申請中石墨烯僅是作為一種可選的碳材料，但是石墨烯由于其具有眾多出色的性能，尤其是具有優異的導電性，在太陽能電池領域越來越受到研發人員的關注。
石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池專利申請重要涉及光陽極的基底、光陽極的導電層/導電薄膜、對電極的基底、對電極的催化層、電解質;專利申請從2008年起步，在2010之后出現了爆發式的上升。相關專利申請的技術原創國重要來源于四個國家或地區，分別是韓國、我國、美國和日本，而專利布局的目標市場也重要是我國、韓國、美國和日本。授權比例較高，占已經結案的專利申請量的78%，這表明石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池領域的專利申請具有較高的創新度。重要申請人是韓國的UNIVSEOULINDCOOPGROUP和KOREAINSTSCI&TECHNOLOGY、我國的中科院，而最有影響力的申請人是三星集團，其擁有石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池的基礎專利US2009071533A1。
PART3研發團體
全球重要研發團體集中在我國、韓國、美國、日本，我國國內申請人以大學等研發機構為主，國外來華申請人則以韓國為主。
如圖3所示，我國科學院的專利申請位居首位，國外專利申請人重要是韓國的國際知名跨國公司和科研院所，我國有四位申請人入選，包括一家國家級科研機構、兩所知名大學和一家公司。我國石墨烯太陽能電池專利技術的重要申請人是我國科學院、海洋王、電子科技大學和清華大學;國外來華重要申請人是韓國浦項工科大學校產學協團。我國的重要申請人包括大學、科研院所和公司，國外來華重要申請人是科研院所。
我國科學院石墨烯太陽能電池專利申請同時覆蓋半導體薄膜類、染料敏化類、異質結類、通用類、硅電池類、量子點敏化類、和有機聚合物類，其中半導體薄膜類石墨烯太陽能電池專利申請量居于首位，染料敏化類占據第二，異質結類和通用類并列第三。
如圖4所示，我國科學院物理研究所孟慶波團隊的研發重點是鈣鈦礦基薄膜類和燃料敏化類石墨烯太陽能電池。
三星集團石墨烯太陽能電池專利申請包括通用類、半導體薄膜類、染料敏化類和有機聚合物類，其中研發重點是通用類石墨烯太陽能電池，集中在2010-2013年。
如圖5所示，三星集團的合作申請占總量的42%，包括大學和個人，合作申請人前三位是韓國成均館大學、韓國漢陽大學和韓國金烏國立科技學院，其中韓國成均館大學占合作申請總量的63%。
如圖6所示，三星集團在該領域最重要的研發團隊是以CHOIJ.為中心的研發團隊，CHOIJ.Y.和CHOIW.是該團隊的骨干成員，該團隊的研發重點是通用類石墨烯太陽能電池。
（國家知識產權局專利分析普及推廣項目石墨烯電池課題組）
小編以石墨烯太陽能為關鍵詞搜索相關發明專利，其中我國發明專利40項，我國實用新型31項，現舉例如下：
1.一種基于石墨烯太陽能發電系統的路燈發明專利在審
摘要：本發明公開了一種基于石墨烯太陽能發電系統的路燈，屬于太陽能利用技術領域。本發明采用如下技術方法：一種基于石墨烯太陽能發電系統的路燈，包括基座、石墨烯太陽能電池組、燈泡、蓄電池、導線，其特點在于，所述的基座上設置有支架，所述支架與所述基座固定連接，所述基座與所述的石墨烯太陽能電池組固定連接，所述蓄電池上開有多個輸入端和至少一個輸出端。本發明所達到的有益效果：不要借助輸電線路，路燈通過自身的石墨烯太陽能電池組將太陽能轉化為電能儲存在蓄電池中，然后蓄電池作為電源給燈泡供電，結構簡單，使缺少輸電線路的偏遠地區或者沙漠地區的道路也可以照亮。
2.一種基于石墨烯太陽能發電系統的照明燈塔發明專利在審
摘要：本發明公開了一種基于石墨烯太陽能發電系統的照明燈塔，屬于新能源利用技術領域。本發明采用如下技術方法：一種基于石墨烯太陽能發電系統的照明燈塔，包括發電系統和照明系統，其特點在于，所述發電系統包括石墨烯太陽能電池板、傳感器、充電控制器、深循環蓄電池組組成。本發明所達到的有益效果：一是采用石墨烯作為太陽能光電轉換的半導體材料，提高了太陽能光電轉換的效率;二是在發電系統中設置有充電控制器，在發電系統發生故障或根據要切斷發電系統的電路，從而保護整個發電系統;三是照明系統加裝逆變器，將深循環蓄電池組輸出的電能轉換成符合要求的交流輸出供給照明系統使用。
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