鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2021年04月23日
有關(guān)石墨烯太陽(yáng)能電池前景分析
目前,能源消耗重要來(lái)自于化石燃料,由于化石燃料儲(chǔ)量有限以及所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題,人們開(kāi)始把目光投向可再生能源。在諸如風(fēng)能、生物能、潮汐能、水力電氣和地?zé)岬拳h(huán)境友好、可再生的能源中,太陽(yáng)能的應(yīng)用前景最為廣闊。伴隨著1954年第一個(gè)實(shí)用性的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的問(wèn)世,標(biāo)志著太陽(yáng)能電池的發(fā)展開(kāi)始起步;而石墨烯是理想的太陽(yáng)電池導(dǎo)電電極材料,通過(guò)在太陽(yáng)能電池中引入石墨烯材料,有效地提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
基于太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)展的需求以及石墨烯修飾太陽(yáng)能電池技術(shù)的研究進(jìn)展,國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項(xiàng)目石墨烯電池課題組從石墨烯太陽(yáng)能電池的專利布局、技術(shù)動(dòng)向、研發(fā)團(tuán)隊(duì)三個(gè)視角出發(fā),對(duì)石墨烯太陽(yáng)能電池技術(shù)進(jìn)行了深度剖析。
PART1專利布局
石墨烯太陽(yáng)能電池技術(shù)的申請(qǐng)量在全球和我國(guó)上升迅速,專利布局以我國(guó)、美國(guó)、日本和韓國(guó)為主,美國(guó)、日本和韓國(guó)也在我國(guó)積極布局,江蘇、北京等省市是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的重要來(lái)源。
全球石墨烯太陽(yáng)能電池的專利申請(qǐng)從2007年的3件,經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展,迅速新增到了2012年的169件,整體呈現(xiàn)出迅速上升的態(tài)勢(shì)。我國(guó)石墨烯太陽(yáng)能電池的年度專利申請(qǐng)量的上升態(tài)勢(shì)與全球類似,也是逐年穩(wěn)步上升。
石墨烯太陽(yáng)能電池全球?qū)@暾?qǐng)重要來(lái)自我國(guó),其次是韓國(guó)、美國(guó)和日本,這表明石墨烯太陽(yáng)能電池的重要市場(chǎng)國(guó)是我國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)和日本。石墨烯太陽(yáng)能電池我國(guó)專利申請(qǐng)中有37%是國(guó)外在華申請(qǐng),重要來(lái)自美國(guó)、韓國(guó)、日本,這說(shuō)明美、日、韓在我國(guó)積極進(jìn)行了專利布局。我國(guó)石墨烯太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人重要來(lái)自江蘇、北京等地區(qū),而江蘇和北京正是相關(guān)公司和研究機(jī)構(gòu)分布密集的地區(qū)關(guān)注,這說(shuō)明石墨烯太陽(yáng)能電池作為一項(xiàng)新興技術(shù)受到了國(guó)內(nèi)公司、研究機(jī)構(gòu)和大專院校的廣泛關(guān)注。
PART2技術(shù)動(dòng)向
石墨烯在染料敏化電池和半導(dǎo)體薄膜電池等技術(shù)中的應(yīng)用是全球研發(fā)熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)的另一研發(fā)熱點(diǎn)異質(zhì)結(jié)光伏電池可視為是我國(guó)特色。
如圖1所示,全球石墨烯太陽(yáng)能電池專利技術(shù)重要集中在染料敏化電池、半導(dǎo)體薄膜電池、硅基電池技術(shù),共有224項(xiàng)專利申請(qǐng);其次是通用類太陽(yáng)能電池,其包括可用于多類太陽(yáng)能電池中的通用部件,共有197項(xiàng)專利申請(qǐng);其余申請(qǐng)量比較大的還有有機(jī)聚合物類太陽(yáng)能電池,共有57項(xiàng)。整體上來(lái)說(shuō),目前石墨烯太陽(yáng)能電池的研究重點(diǎn)還是集中在染料敏化電池、半導(dǎo)體薄膜電池、硅基電池、以及可用于多類太陽(yáng)能電池中的通用部件等方面。
我國(guó)石墨烯太陽(yáng)能電池專利技術(shù)分布與全球?qū)@夹g(shù)分布基本類似,但還存在一個(gè)明顯的差異,在國(guó)內(nèi),異質(zhì)結(jié)光伏電池也具有較高的申請(qǐng)量,異質(zhì)結(jié)光伏電池共有20項(xiàng)。
就我國(guó)石墨烯太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)的技術(shù)功效而言,如圖2所示,其中可以實(shí)現(xiàn)提高光電轉(zhuǎn)換效率目的的專利申請(qǐng)最多,其次是提高導(dǎo)電性和提高光吸收率的專利申請(qǐng),然后是降低生產(chǎn)成本的專利申請(qǐng),用于提高功率密度和短路電流的專利申請(qǐng)最少。雖然有較多的專利申請(qǐng)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(yōu)異的導(dǎo)電性,在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域越來(lái)越受到研發(fā)人員的關(guān)注。
石墨烯修飾的染料敏化太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)重要涉及光陽(yáng)極的基底、光陽(yáng)極的導(dǎo)電層/導(dǎo)電薄膜、對(duì)電極的基底、對(duì)電極的催化層、電解質(zhì);專利申請(qǐng)從2008年起步,在2010之后出現(xiàn)了爆發(fā)式的上升。相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)原創(chuàng)國(guó)重要來(lái)源于四個(gè)國(guó)家或地區(qū),分別是韓國(guó)、我國(guó)、美國(guó)和日本,而專利布局的目標(biāo)市場(chǎng)也重要是我國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)和日本。授權(quán)比例較高,占已經(jīng)結(jié)案的專利申請(qǐng)量的78%,這表明石墨烯修飾的染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的專利申請(qǐng)具有較高的創(chuàng)新度。重要申請(qǐng)人是韓國(guó)的UNIVSEOULINDCOOPGROUP和KOREAINSTSCI&TECHNOLOGY、我國(guó)的中科院,而最有影響力的申請(qǐng)人是三星集團(tuán),其擁有石墨烯修飾的染料敏化太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)專利US2009071533A1。
PART3研發(fā)團(tuán)體
全球重要研發(fā)團(tuán)體集中在我國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、日本,我國(guó)國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人以大學(xué)等研發(fā)機(jī)構(gòu)為主,國(guó)外來(lái)華申請(qǐng)人則以韓國(guó)為主。
如圖3所示,我國(guó)科學(xué)院的專利申請(qǐng)位居首位,國(guó)外專利申請(qǐng)人重要是韓國(guó)的國(guó)際知名跨國(guó)公司和科研院所,我國(guó)有四位申請(qǐng)人入選,包括一家國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)、兩所知名大學(xué)和一家公司。我國(guó)石墨烯太陽(yáng)能電池專利技術(shù)的重要申請(qǐng)人是我國(guó)科學(xué)院、海洋王、電子科技大學(xué)和清華大學(xué);國(guó)外來(lái)華重要申請(qǐng)人是韓國(guó)浦項(xiàng)工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)團(tuán)。我國(guó)的重要申請(qǐng)人包括大學(xué)、科研院所和公司,國(guó)外來(lái)華重要申請(qǐng)人是科研院所。
我國(guó)科學(xué)院石墨烯太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)同時(shí)覆蓋半導(dǎo)體薄膜類、染料敏化類、異質(zhì)結(jié)類、通用類、硅電池類、量子點(diǎn)敏化類、和有機(jī)聚合物類,其中半導(dǎo)體薄膜類石墨烯太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)量居于首位,染料敏化類占據(jù)第二,異質(zhì)結(jié)類和通用類并列第三。
如圖4所示,我國(guó)科學(xué)院物理研究所孟慶波團(tuán)隊(duì)的研發(fā)重點(diǎn)是鈣鈦礦基薄膜類和燃料敏化類石墨烯太陽(yáng)能電池。
三星集團(tuán)石墨烯太陽(yáng)能電池專利申請(qǐng)包括通用類、半導(dǎo)體薄膜類、染料敏化類和有機(jī)聚合物類,其中研發(fā)重點(diǎn)是通用類石墨烯太陽(yáng)能電池,集中在2010-2013年。
如圖5所示,三星集團(tuán)的合作申請(qǐng)占總量的42%,包括大學(xué)和個(gè)人,合作申請(qǐng)人前三位是韓國(guó)成均館大學(xué)、韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)和韓國(guó)金烏國(guó)立科技學(xué)院,其中韓國(guó)成均館大學(xué)占合作申請(qǐng)總量的63%。
如圖6所示,三星集團(tuán)在該領(lǐng)域最重要的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是以CHOIJ.為中心的研發(fā)團(tuán)隊(duì),CHOIJ.Y.和CHOIW.是該團(tuán)隊(duì)的骨干成員,該團(tuán)隊(duì)的研發(fā)重點(diǎn)是通用類石墨烯太陽(yáng)能電池。
(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項(xiàng)目石墨烯電池課題組)
小編以石墨烯太陽(yáng)能為關(guān)鍵詞搜索相關(guān)發(fā)明專利,其中我國(guó)發(fā)明專利40項(xiàng),我國(guó)實(shí)用新型31項(xiàng),現(xiàn)舉例如下:
1.一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的路燈發(fā)明專利在審
摘要:本發(fā)明公開(kāi)了一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的路燈,屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用如下技術(shù)方法:一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的路燈,包括基座、石墨烯太陽(yáng)能電池組、燈泡、蓄電池、導(dǎo)線,其特點(diǎn)在于,所述的基座上設(shè)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(yáng)能電池組固定連接,所述蓄電池上開(kāi)有多個(gè)輸入端和至少一個(gè)輸出端。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:不要借助輸電線路,路燈通過(guò)自身的石墨烯太陽(yáng)能電池組將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中,然后蓄電池作為電源給燈泡供電,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使缺少輸電線路的偏遠(yuǎn)地區(qū)或者沙漠地區(qū)的道路也可以照亮。
2.一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔發(fā)明專利在審
摘要:本發(fā)明公開(kāi)了一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔,屬于新能源利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用如下技術(shù)方法:一種基于石墨烯太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔,包括發(fā)電系統(tǒng)和照明系統(tǒng),其特點(diǎn)在于,所述發(fā)電系統(tǒng)包括石墨烯太陽(yáng)能電池板、傳感器、充電控制器、深循環(huán)蓄電池組組成。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:一是采用石墨烯作為太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體材料,提高了太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換的效率;二是在發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置有充電控制器,在發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障或根據(jù)要切斷發(fā)電系統(tǒng)的電路,從而保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng);三是照明系統(tǒng)加裝逆變器,將深循環(huán)蓄電池組輸出的電能轉(zhuǎn)換成符合要求的交流輸出供給照明系統(tǒng)使用。
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