交叉式背接觸型光伏電池中國專利現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

劉國梁 李曉明

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088）

交叉式背接觸型光伏電池中國專利現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

劉國梁 李曉明

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局，北京 100088）

光伏電池是近年來節(jié)能減排技術(shù)的代表，而交叉式背接觸型光伏電池（IBC，Interdigitated back contact，IBC）則是近年來光伏電池研究的熱點領(lǐng)域。本文通過對交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)領(lǐng)域的專利進行研究，分析了中國專利申請的趨勢、區(qū)域分布以及主要申請人等情況，以期為行業(yè)、研究機構(gòu)以及政府相關(guān)部門提供參考。

交叉式；背接觸；背結(jié)IBC；光伏電池

在能源需求不斷升高、傳統(tǒng)能源價格居高不下、全球氣候和環(huán)境問題受到普遍關(guān)注的背景下，可再生綠色能源在全球范圍內(nèi)得到快速發(fā)展。近幾年來，光伏產(chǎn)業(yè)成為低碳經(jīng)濟中的重點產(chǎn)業(yè)，光伏發(fā)電技術(shù)也是全球研究的熱點之一，世界各國都給予了高度重視與關(guān)注，產(chǎn)業(yè)也有了突飛猛進的發(fā)展。

背接觸型光伏電池是指電池的發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極均位于電池背面的一種光伏電池。背接觸型光伏電池有很多優(yōu)點：（1）效率高，由于降低或完全消除了正面柵線電極的遮光損失，從而提高了電池效率。（2）易組裝，采用全新的組件封裝模式進行共面連接，既減小了電池片間的間隔，提高了封裝密度，又簡化了制作工藝，降低了封裝難度。（3）更美觀，電池的正面均一、美觀。由于背接觸型光伏電池的諸多優(yōu)勢，對背接觸型光伏電池的研發(fā)也倍受關(guān)注。

根據(jù)p-n結(jié)的位置不同，背接觸型光伏電池可分為兩類：（1）背結(jié)電池。p-n結(jié)位于電池背表面，發(fā)射區(qū)電極和基區(qū)電極也相應(yīng)地位于電池背面。（2）前結(jié)電池。p-n結(jié)位于電池正表面，把正表面收集的載流子傳遞到背面的接觸電極上。而交叉式背接觸型光伏電池則是背結(jié)電池的代表技術(shù)，也是背接觸型光伏電池研究的熱點，背接觸型光伏電池技術(shù)的相關(guān)專利申請較早，最早的背接觸型光伏電池中國專利申請出現(xiàn)在1996年，而交叉式背接觸型光伏電池申請出現(xiàn)較晚，集中申請也出現(xiàn)在近幾年。

1 交叉式背接觸型光伏電池簡介

交叉式背接觸型光伏電池（IBC，Interdigitated backcontact）是一種電極具有交指形狀的背接觸型光伏電池，電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。該電池具有如下優(yōu)勢：第一，受光面無電極遮擋損失，如圖1所示，電池前表面沒有柵線，正負電極采用交叉排列的方式被制備在電池背面，避免了常規(guī)電池正面柵線的遮光損失；第二，背電極優(yōu)化使得電池的串聯(lián)電阻提高，由于電極完全分布在電池的背表面，受光面沒有任何電極，無需考慮電極的寬度造成的遮光損失，因此可進一步優(yōu)化電極寬度從而達到提高串聯(lián)電阻的目的；第三，提供更好的優(yōu)化前表面陷光和實現(xiàn)極低反射率的潛力［1］。

圖1 IBC電池結(jié)構(gòu)圖

圖2 交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)中國專利申請趨勢

圖4 交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)主要國家專利申請趨勢

和傳統(tǒng)晶硅電池相比，IBC光伏電池完全消除了遮光損失，電池的光吸收特性可進一步得以優(yōu)化。除此之外，這一特點也為電極的接觸特性提供了優(yōu)化的空間，IBC光伏電池的串聯(lián)電阻普遍低于傳統(tǒng)電池。因此，IBC光伏電池在光吸收和電極接觸特性兩個方面都較好，是目前效率突破20%的N型高效電池結(jié)構(gòu)之一（美國的Sunpower公司于2011年報道了產(chǎn)業(yè)化的N型高效IBC電池，轉(zhuǎn)化效率達到22.4%）。

圖3 交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)專利申請國家分布圖

2 中國專利狀況分析

截至2016年6月30日，中國專利數(shù)據(jù)庫（CPRS）收錄的交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)領(lǐng)域的專利申請總量為192件，其中中國申請人提出申請共計134件，占申請總量的69.8%，國外申請人提出的申請共計58件，占申請總量的30.2%。

2.1 專利申請趨勢分析

2002年，交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域開始出現(xiàn)中國專利申請。其后幾年，陸續(xù)有幾件專利申請，直至2009年起，相關(guān)專利申請數(shù)量顯著增加，并在2014年申請量達到最高峰近40件，隨后，專利申請量逐年下降，但這主要是由于專利公開期限導(dǎo)致的滯后性，并不能完全反映2015-2016年的實際申請量，見圖2交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)中國專利申請趨勢圖。專利申請量整體上仍處于快速上升階段，申請量的大幅提高，說明申請人對交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)在我國的市場前景抱有較高期望。

2.2 區(qū)域分布分析

2.2.1 國家/地區(qū)分布

圖3和圖4分別為交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)專利申請國家分布圖和主要國家年度專利申請趨勢?？梢钥闯?，專利申請主要集中在中國和美國，并且中國的專利申請量遠超其他國家，高達總量的69%以上，充分體現(xiàn)了中國在交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域技術(shù)的高速發(fā)展和專利申請的顯著增長。美國作為較早進行背接觸型光伏電池研究的國家之一，也擁有一定數(shù)量的專利申請。因此，我們也主要選取中國和美國兩國分析其專利申請趨勢，在2010年以前，中美兩國的申請量接近，但在2010年后中國專利申請明顯增長，遙遙領(lǐng)先，表明了中國市場的重視以及中國光伏產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。但也應(yīng)當注意，由于奧巴馬政府出臺一系列鼓勵發(fā)展新能源的政策，美國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)上一直保持領(lǐng)先世界其他先進國家的態(tài)勢?，F(xiàn)在，美國的不少州也已出臺了《可再生能源配額標準》，對光伏產(chǎn)業(yè)進行扶持，對美國同業(yè)者的關(guān)注仍不容忽視。在2014年申請量達到最大值后，開始呈下降趨勢，這其中包括專利公開滯后性的因素，但也不排除光伏電池行業(yè)產(chǎn)能迅速擴大，市場供過于求影響相關(guān)專利申請，這仍有待后續(xù)跟進關(guān)注。

圖5 交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)專利省市分布圖

2.2.2 省市分布

國內(nèi)申請數(shù)量與國外來華申請數(shù)量的對比，可以反映交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)上國內(nèi)外專利技術(shù)力量的對比。而國內(nèi)各省市地區(qū)的分布份額則能反映各地區(qū)在交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)上的發(fā)展情況及知識產(chǎn)權(quán)保護意識。

圖5為交叉式背接觸型光伏電池技術(shù)專利省市分布圖。從圖中可以看出，國內(nèi)申請最集中的地區(qū)主要是長三角、華北地區(qū)和臺灣。這是由于長三角地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較為領(lǐng)先，光伏發(fā)電的需求也較高，地方政府也對新能源領(lǐng)域有大量的扶持優(yōu)惠政策。其中江蘇的優(yōu)勢地位非常明顯，為IBC光伏電池乃至整個光伏電池領(lǐng)域的發(fā)展提供了良好的環(huán)境。而臺灣半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展較早，研發(fā)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域的方方面面，臺灣申請人對交叉式背接觸型光伏電池的研發(fā)也體現(xiàn)了該技術(shù)在業(yè)界是廣受關(guān)注的。包括北京、山東在內(nèi)的華北地區(qū)地處華北平原，地理位置較適合發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，另外，經(jīng)濟實力以及政府對新能源領(lǐng)域的扶持也是其領(lǐng)先的重要因素。

圖6 交叉式背接觸型光伏電池專利申請類型分布圖

專利申請集中在幾個重點區(qū)域的另一個重要原因是由于行業(yè)內(nèi)幾家大型企業(yè)集中在上述地區(qū)，包括阿特斯、天合光能、中來、奧特斯維等主要申請人都來自江蘇，而山東的主要申請人為力諾，上海主要申請人為凱世通，而神舟新能源在江蘇和上海都有分公司，北京的主要申請人為漢能，國內(nèi)申請大部分來自這些公司，也使得申請量主要集中在上述公司所在地，我們也將在后面對主要申請人進行深入分析。

2.3 申請類型分析

圖6為交叉式背接觸型光伏電池專利申請類型分布圖，其中發(fā)明申請量為125件，占總量65.1%，發(fā)明（PCT）申請量為42件，占總量21.9%，發(fā)明申請量較多表明該領(lǐng)域?qū)儆诟呖萍碱I(lǐng)域，技術(shù)含量較高。發(fā)明（PCT）所占比例較高，也說明該技術(shù)領(lǐng)域的國際關(guān)注度較高，有較大比例的申請為國外申請人通過專利合作條約進行的申請，是國外申請人在中國進行專利布局的重要表現(xiàn)。

2.4 主要申請人/專利權(quán)人分析

2.4.1 主要申請人

圖7展示了主要申請人的排名情況。從圖中可以看出，該領(lǐng)域的主要申請人都是中國公司，只有太陽能電池公司來自美國。圖7所示的主要申請人的申請量占到了總申請量的一半以上。美國的太陽能公司在光伏電池領(lǐng)域起步很早，在該領(lǐng)域各個技術(shù)分支都有跟進的技術(shù)研發(fā)，其對IBC光伏電池領(lǐng)域也非常重視，在目前以及今后一段時間內(nèi)，都應(yīng)是中國申請人重點關(guān)注的對象。

中國申請人中，阿特斯、天合光能、中來等對專利申請非常重視，在2011年美國發(fā)起的“雙反”調(diào)查中，上述企業(yè)也曾聯(lián)合應(yīng)對。通過之前的分析，我們也發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域的主要申請人地域分布非常集中，天合光能、中來、奧特斯維、阿特斯以及神舟新能源都來自江蘇，這也為這些企業(yè)市場以及技術(shù)研發(fā)合作提供了便利。

不同于我國的很多研究領(lǐng)域有大量科研院所申請人，在交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域，主要申請人都是企業(yè)，也占據(jù)了總申請量的很大比例，這表明該領(lǐng)域與實際應(yīng)用結(jié)合非常緊密，技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的周期很短，科研投入與產(chǎn)出的效率較高，相關(guān)申請人應(yīng)加強技術(shù)研發(fā)再投入。

圖7 交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域在華主要申請人分布圖

目前，在IBC光伏電池中用于形成pn結(jié)的工藝主要有：液態(tài)B擴散、絲網(wǎng)印刷Al燒結(jié)、B離子注入等。在專利申請數(shù)據(jù)中，這三方面都有不少相關(guān)專利。尤其是國內(nèi)主要申請人奧特斯維公司和阿特斯公司，已有相關(guān)專利布局。

2.4.2 主要專利權(quán)人

國內(nèi)申請人中，獲得專利授權(quán)較多的是山東力諾，其他申請人授權(quán)較少。而美國的太陽能公司授權(quán)數(shù)量占申請量比例較大?？傮w上來說，國內(nèi)主要專利權(quán)人與主要申請人相對應(yīng)，包括力諾、凱世通、中來等公司，授權(quán)量也高于國外申請人。國內(nèi)企業(yè)在經(jīng)歷了“雙反”調(diào)查后，對專利布局的意識都在增強，也已經(jīng)具備了一定的技術(shù)實力。但是，專利權(quán)人呈現(xiàn)比較分散的特點，即主要專利權(quán)人所掌握的專利數(shù)量仍較少，國內(nèi)申請人通過專利交叉授權(quán)等方式形成專利聯(lián)盟，也不失為國內(nèi)企業(yè)對抗國外企業(yè)技術(shù)傾軋的有效途徑。

另外，我們也應(yīng)意識到，光伏電池領(lǐng)域涉及的技術(shù)分支很多，總體上，發(fā)達國家仍然在該領(lǐng)域處于傳統(tǒng)優(yōu)勢地位，掌握了較多的專利授權(quán)。國內(nèi)專利權(quán)人雖然在交叉式背接觸型光伏電池這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但是在整個光伏電池領(lǐng)域并不占優(yōu)勢，那么，國內(nèi)企業(yè)能否利用已經(jīng)積累的技術(shù)力量盡快完成產(chǎn)業(yè)升級，也是目前光伏產(chǎn)業(yè)擺脫困境的關(guān)鍵。

3 結(jié)語

通過上述分析可以看出，在交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域，專利申請量在近年大量涌現(xiàn)，申請數(shù)量仍處于快速上升期，是光伏電池領(lǐng)域的研究熱點，對交叉式背接觸型光伏電池的研究方興未艾。國內(nèi)有一批企業(yè)，以阿特斯、天合光能、及中來等為代表，在國內(nèi)有一定數(shù)量的專利申請，并且有一定數(shù)量的授權(quán)，其所掌握的專利數(shù)量足以與國外領(lǐng)先企業(yè)抗衡，這也與這些企業(yè)在市場上的表現(xiàn)相對應(yīng)?？梢哉f，在國內(nèi)，中國申請人已經(jīng)進行了較好的專利布局，對于技術(shù)和市場都占據(jù)了一定的主動權(quán)，無論是市場競爭還是知識產(chǎn)權(quán)保護都不落下風(fēng)。

未來此領(lǐng)域的研究趨勢集中在以下兩個方面：（1）進一步優(yōu)化電池的特性，包括Al-p+發(fā)射極、背表面鈍化、前表面場和鈍化等；（2）研發(fā)低成本設(shè)備，包括激光刻蝕氮化硅設(shè)備、可絲網(wǎng)印刷的抗酸漿料等。國內(nèi)各申請人可以重點關(guān)注這些技術(shù)趨勢發(fā)展，爭取在重點技術(shù)領(lǐng)域做好專利布局。

但是，我們應(yīng)該清醒地認識到，以整個光伏電池領(lǐng)域來看，國外申請人進行研發(fā)較早，技術(shù)上具有優(yōu)勢，專利布局也較早，尤其是在海外市場布局精密，國內(nèi)申請人所作的布局寥寥，這與中國企業(yè)在國際市場上的地位形成了較大反差，尤其是國外企業(yè)在受到中國企業(yè)沖擊時，動則舉起“調(diào)查”的大旗，不得不引起人們的擔(dān)憂。而單就交叉式背接觸型光伏電池領(lǐng)域來說，國內(nèi)申請人進行的研發(fā)以及專利申請則較為深入，國內(nèi)申請人應(yīng)該利用現(xiàn)有的技術(shù)儲備，進一步加強研發(fā)投入，并且加強企業(yè)間的技術(shù)合作，提升技術(shù)水準，以此形成突破口，并爭取盡快延伸在國際市場的專利布局。在目前國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)能過剩的情況下，更進一步地擴寬海外市場以輸出產(chǎn)能是解決目前困境的良途，而專利申請的跟進則是不可或缺的。

［1］任丙彥，吳鑫，等.背接觸硅太陽電池研究進展［J］.材料導(dǎo)報，2008，22（9）：101-105.

Current Status and Development Trend of ChinesePatents of Interdigitated Back Contact Photovoltaic Cell

Liu GuoliangLi Xiaoming
（The Patent Office of SIPO，Beijing 100088）

Photovoltaic cell is a representative of energy conservation and emission reduction technology in recent years，and the interdigitated back contact photovoltaic cell（IBC）is a hot research field in recent years.This article through researchingrelated Chinese patents of interdigitated back contact photovoltaic cell technology field，analysis the Chinese patents trend，regional distribution and the main applicants etc.，in order to provide reference for the practitioners，research institutions and government departments.

interdigitated；back contact；back junction IBC；photovoltaic cell

TM914.4

A

1003-5168（2016）07-0074-04

2016-6-13

劉國梁（1981-），男，碩士研究生，審查員，研究方向：太陽能電池；李曉明（1981-），女，碩士研究生，審查員，研究方向：太陽能電池，等同于第一作者。