铜锌锡硫系薄膜太阳电池的专利分析

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 ■ 王倩天津大学 ■ 王萍



铜锌锡硫系薄膜太阳电池的专利分析

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 ■ 王倩*天津大学 ■ 王萍

摘 要：铜锌锡硫(CZTS)系薄膜太阳电池因其高吸收系数、适宜的带隙宽度而成为太阳电池领域非常有前途的光吸收层材料。本文针对CZTS系薄膜太阳电池进行专利技术综述的分析，对国内外专利申请情况进行梳理，为国内薄膜太阳电池研究发展提供参考。

关键词：铜锌锡硫；薄膜太阳电池；专利分析

0 引言

目前，光伏市场增长最快的是薄膜光电技术，其中铜铟镓硒(CIGS)电池因光电转换效率最高而备受关注[1]。但由于CIGS电池需要消耗In、Ga等稀有金属，铜锌锡硫(CZTS)系被认为是最有潜力的替代材料。考虑到真空制备CZTS的高成本，IBM公司的Todorov T K团队在设计解决该问题的重要发明[2]中提供了一种基于联氨的Cu2ZnSn(Se, S)4的制备方法，并获得9.6%的光电转换效率[3]，性能上的提高使得这种材料体系可直接应用于工业。

1 铜锌锡硫太阳电池专利技术的整体申请情况

1.1专利申请量趋势分析

本文以关键词结合分类号的方式，分别在中文数据库CNABS，外文数据库VEN、USTXT、EPTXT、WOTXT进行检索，检索时间截止到2014年1月1日。

图1为CZTS系太阳电池全球及在华专利申请趋势图。其中，在华专利申请为国内外申请人在中国的专利申请。可看出，在华专利申请趋势与全球专利申请的趋势保持一致。其中，2007年以前全球及在华专利申请均较少；从2007年开始，申请量出现增长；自2009年以后，全球以及在华的专利申请增长极为迅速并保持逐年递增的趋势，这主要是因为CZTS的各元素含量丰富、无毒且廉价而成为CIGS的理想替代材料，因此各国将研究重点转移到以CZTS作为光吸收层的太阳电池中；而全球申请在2013年、在华申请在2012～2013年申请量的下降，则可能与部分专利未公开有关，在此不作为主要数据分析的基础。从图1中不难预测，随着太阳电池行业的不断发展创新及国内外市场竞争的不断加剧，CZTS在太阳电池的应用将会越来越重要，今后对其制备方法、转化效率等的研究仍将持续保持热度，该领域的专利申请量也将保持持续稳步增长的状态。

图1　CZTS系薄膜太阳电池全球及在华专利申请趋势

1.2 专利申请产出国和申请人分布

通过对CZTS系薄膜太阳电池专利申请产出国的统计(如图2所示)可看出，以美国、中国(台湾占6%)、日本、韩国、德国为代表的国家或地区拥有较多的原创技术。其中，美国的申请量远高于其他国家，展示了其在该领域较强的研发和技术实力，这与CZTS的研究历史及国家对科技研发的重视、现有市场份额呈现出较好的对应性。

图2　专利申请产出国分布

通过进一步研究中国申请技术分支(如图3所示)发现，中国的专利申请中关于CZTS系电池制备的专利仅占到全部专利的33%，而仅涉及CZTS系材料制备方法的专利则占到全部专利的65%，关于CZTS系材料用途等其他专利占2%。也就是说，中国的专利大部分集中在材料的制备方法中，而对材料的进一步开发，如制备成为薄膜电池等上游领域，仍需加大研发力度。这既与我国对CZTS的研究起步较晚有一定关系，也与参与研发的人员构成有关。

图3　中国申请技术分支分布图

更进一步地对国内外关于CZTS的申请人进行统计(如图4所示)，可看出，中国申请人中约88%的申请来自于高校及研究院，而企业的申请量仅约占12%。中国高校及研究院的申请人中，没有代表性的申请人，大部分高校或研究院的申请量在1～3件之间。而中国的企业申请人中也没有代表性的申请人，且申请量普遍较少。而国外的申请人中来自企业的申请约为51.5%，远高于中国企业的申请，这也从一个侧面说明，我国的CZTS系薄膜太阳电池实现市场化仍需做大量的工作和努力，同时，高校等科研院所的技术转化还需要加强力度。

图4　国外和中国申请人类型分布

2 结束语

文章通过对国内外CZTS领域专利申请的分析，能够清晰和准确的显示现有技术的发展状况，为我国CZTS领域企业、科研院所等的研发提供一定参考和借鉴。

参考文献

[1] 孙云, 王俊清, 杜兆峰, 等. CIS和CIGS薄膜太阳电池的研究[J]. 太阳能学报, 2001, 22 (2): 192－195.

[2] International Business Machines Corporation. Method of forming semiconductor film and photovoltaic device including the film [P].US：US2011/0094557A1, 20110428.

[3] Todorov T K, Reuter K B, Mitzi D B. High-efficiency solar cell with earth-abundant liquid-processed absorber[J]. Advanced Materials , 2010, 22: E156－E159.

III-V 族太阳电池的发展和应用系列讲座(3)

通信作者：王倩 (1986—)，女，硕士，主要从事电学发明审查部半导体领域的专利实质审查。wq20902069@126.com

收稿日期：2015-04-03