钙钛矿太阳电池专利技术概述

朱 波

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都，610213）

钙钛矿太阳电池专利技术概述

朱 波

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都，610213）

钙钛矿太阳电池（Perovskite Solar Cells，PSCs）是由染料敏化太阳能电池演化出来的一种新型太阳能电池。其能够利用有机太阳能电池所采用的溶液法进行制备，极大降低了生产成本，有望成为新能源产业的一项重要技术。本文通过对检索到的国内外关于钙钛矿太阳电池的专利申请文件进行统计和梳理，对钙钛矿太阳电池领域的技术概况、专利申请态势以及专利技术发展趋势作了介绍，并分析了国内重点申请人的重点专利，为未来钙钛矿太阳电池领域的研究和改进提供参考。

太阳电池；光伏；钙钛矿；卤素

0　引言

近年来，面对日益加剧的能源危机以及环境污染，太阳能作为一种重要的可再生能源，逐渐成为满足全球能源需求的替代化石燃料的能源之一。利用光伏效应（Photovoltaic Effect）制成的太阳能电池，是将太阳能转化为电能的一种主要手段，研发和生产高性能、低成本的太阳能电池，是实现太阳能有效利用的重要的技术和产业基础。

1　专利技术概况

本文对检索得到的截至2016年6月的804篇国内外钙钛矿太阳电池领域相关专利申请文件进行分析和统计。通过对涉及钙钛矿太阳电池的专利申请年份进行统计可知，如图1所示，从2010年开始，钙钛矿太阳电池领域才开始有一定数量的专利申请，之后逐年上升，并在2014年和2015年达到顶峰，专利申请量均为300余件。可以看出，钙钛矿太阳电池是一种新兴的技术领域，正处在蓬勃发展的阶段，技术领域整体仍然具有广阔的发展前景。

图1 钙钛矿太阳电池相关专利申请量年度变化趋势

图2为钙钛矿太阳电池领域的专利申请国家与地区分布，可见其中中国申请人提出的专利数量最多，为526件，占本领域专利申请数量的约65%；其他申请量较多的国家和地区依次为日本、韩国和美国。可以看出，我国在钙钛矿太阳电池领域的研究，依靠国内高校和研究所雄厚的科研资源基础，已经位于世界前列。

图2　各国家和地区专利申请量比例

2　重点专利技术演进

通过对钙钛矿太阳电池领域的申请人进行统计得出，华中科技大学、中国科学院物理研究所、浙江大学等在本领域均有一定的研究实力，专利申请量均在15件以上，涉及钙钛矿材料改进、电池结构改进以及制备方法改进等技术分支。

华中科技大学从2013年开始，在钙钛矿太阳电池领域进行了一系列的研究，主要涉及介观钙钛矿太阳电池及其制备方法。其中，该申请人在2013年提出了一种基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池（申请号：CN201310297115），采取全印刷的方法制备而成，采用钙钛矿类纳米晶体作为活性吸光材料，并利用其自身的空穴传导性能在介孔绝缘间隔层中形成空穴传输层，直接将空穴传输至空穴收集层中，避免了有机P型材料的使用。2014年，该申请人提出的一种钙钛矿太阳电池结构中，使用介孔p-i-n结构框架，能够简化制备工艺、降低制造成本，其中介孔p-i-n结构框架由n型半导体层、绝缘层和p型半导体层依次层叠构成，n型半导体层、所述绝缘层和所述p型半导体层均包含介孔。而在2016年，该申请人提出了一种钙钛矿太阳电池与超级电容器集成件，将钙钛矿太阳电池与超级电容器串接相连，实现了基于钙钛矿微能源器件高效光电能量转换与存储功能的统一。

中国科学院物理研究所在钙钛矿太阳电池领域的专利申请主要涉及太阳能电池结构的设计和改进。其中，该申请人在2014年提出了3件专利申请，均涉及钙钛矿太阳电池中使用的碳电极。如申请号为CN201310461537的专利申请中提出采用多孔碳材料替代昂贵的贵金属材料作为对电极，同时采用丝网印刷法代替真空镀膜法进行电极的制备，进一步节约了成本。另外，在2015年，该申请人还提出了采用有机-无机钙钛矿材料的单晶切片代替传统的纳米多晶材料，作为光吸收层，并将两个选择性电荷接触层分别贴合在光吸收层的两面以构成PN结，从而选择性抽取和收集光吸收层产生的光生电荷，构成了基于钙钛矿单晶的太阳能电池结构；这种结构与传统多晶钙钛矿太阳电池相比，具有较宽的光吸收范围以及较高的电荷传输性能。

浙江大学在钙钛矿太阳电池领域的研究主要涉及空穴传输层材料和电子传输层材料的选择。该申请人在2014年的专利申请中提出，采用CdSe纳米晶体或者硫化镉纳米阵列作为钙钛矿太阳电池的空穴传输层，上述材料具有较窄的带隙宽度，其对太阳光的吸收光谱较宽；增大了电子传输层材料与光敏层材料间的界面面积，提供了连续的电子传输通道；相对于高温烧结，具有成本低、耗能少、易于实现大面积制备的优势。2015年，该申请人又在一项专利申请（CN201510930766）中提出一种新型的星形分子Trux-OMeTAD及其衍生物作为钙钛矿太阳电池的空穴传输层，制备的钙钛矿太阳电池具有较高的开路电压VOC，较高的短路电流JSC，较高的填充因子，能量转换效率最高为18.8%，较为接近目前钙钛矿太阳电池的最高转化效率。

钙钛矿太阳电池领域重要的国外申请人主要集中在韩国和日本。其中，韩国化学技术研究院（KRICT）在其2006年申请的专利（申请号：WO2015KR08103）中提出了一种采用硫族化物加合物的钙钛矿太阳电池，在传统的钙钛矿吸光材料中引入DMSO等酸性化合物，增强了钙钛矿材料的吸光能力，所制备的器件转化效率高达20.8%，较传统钙钛矿太阳电池有明显提升。

3　结束语

本文对钙钛矿太阳电池领域的技术概况、专利申请态势以及专利技术发展趋势作了介绍，并分析了国内重点申请人的重点专利，以期通过以上分析，对钙钛矿太阳电池领域的发展脉络作进一步的梳理，为未来钙钛矿太阳电池领域的研究和改进提供参考。

［1］ Kojima A， Teshima K， Shirai Y， Miyasaka T， 2009 j. Am. Chem. Soc. 131 6050

［2］ Kim H S， Im S H， Park N G 2014 J. Phys. Chem. C 118 5615

［3］ 姚鑫，丁艳丽，张晓丹，赵颖，物理学报，第64卷，第3期，2015，038805

Overview of patent technology for solar cell

Zhu Bo
（Patent examination and cooperation of the Patent Office of the State Intellectual Property Office Sichuan center， Chengdu， Sichuan 610213）

Solar Cells Perovskite （PSCs） is a new type of solar cell which has evolved from the dye sensitized solar cell. It can be used in the preparation of organic solar cells，which greatly reduces the cost of production， is expected to become an important technology in the new energy industry. In this paper， after the statistics and analysis of the retrieved at home and abroad on the perovskite solar cell patent application， patent application and patent technology development trend trend of technology survey，on the field of perovskite solar cell are introduced，and the analysis of the key focus of domestic patent applicants， for the future of solar cell research field of perovskite and provide reference for improving. Keywords:solar cell；photovoltaic；perovskite；halogen