石墨烯太陽能電池前景分析

目前，能源消耗主要來自於化石燃料，由於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，標誌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。

基於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。

PART 1——專利布局

石墨烯太陽能電池技術的申請量在全球和中國增長迅速，專利布局以中國、美國、日本和韓國為主，美國、日本和韓國也在中國積極布局，江蘇、北京等省市是國內申請的主要來源。

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，迅速增加到了2012年的169件，整體呈現出迅速上升的態勢。中國石墨烯太陽能電池的年度專利申請量的增長態勢與全球類似，也是逐年穩步上升。

石墨烯太陽能電池全球專利申請主要來自中國，其次是韓國、美國和日本，這表明石墨烯太陽能電池的主要市場國是中國、韓國、美國和日本。石墨烯太陽能電池中國專利申請中有37%是國外在華申請，主要來自美國、韓國、日本，這說明美、日、韓在中國積極進行了專利布局。中國石墨烯太陽能電池專利申請的國內申請人主要來自江蘇、北京等地區，而江蘇和北京正是相關企業和研究機構分佈密集的地區關注，這說明石墨烯太陽能電池作為一項新興技術受到了國內企業、研究機構和大專院校的廣泛關注。

PART 2——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中國特色。

如圖1所示，全球石墨烯太陽能電池專利技術主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，其包括可用於多類太陽能電池中的通用部件，共有197項專利申請；其餘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、以及可用於多類太陽能電池中的通用部件等方面。

中國石墨烯太陽能電池專利技術分佈與全球專利技術分佈基本類似，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。

就中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，然後是降低生產成本的專利申請，用於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，但是石墨烯由於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主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之後出現了爆髮式的增長。相關專利申請的技術原創國主要來源於四個國家或地區，分別是韓國、中國、美國和日本，而專利布局的目標市場也主要是中國、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。主要申請人是韓國的UNIV SEOUL IND COOP GROUP和KOREA INST SCI & TECHNOLOGY、中國的中科院，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。

PART 3——研發團體

全球主要研發團體集中在中國、韓國、美國、日本，中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，中國科學院的專利申請位居首位，國外專利申請人主要是韓國的國際知名跨國公司和科研院所，中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企業。中國石墨烯太陽能電池專利技術的主要申請人是中國科學院、海洋王、電子科技大學和清華大學;國外來華主要申請人是韓國浦項工科大學校產學協團。中國的主要申請人包括大學、科研院所和企業，國外來華主要申請人是科研院所。

中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於首位，染料敏化類佔據第二，異質結類和通用類並列第三。

如圖4所示，中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佔總量的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CHOI J.為中心的研發團隊，CHOI J. Y.和CHOI W.是該團隊的骨幹成員，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，其中中國發明專利40項，中國實用新型31項，現舉例如下：

1.一種基於石墨烯太陽能發電系統的路燈 發明專利 在審

申請號：CN201410678504.9 申請日：2014.11.24

公開(公告)號：CN104390188A 公開(公告)日：2015.03.04

申請(專利權)人：張嵩

分類號：F21S9/03(2006.01)I;F21V23/00(2015.01)I;F21V3/00(2015.01)I;F21V21/108(2006.01)I;F21W131/103(2006.01)N

摘要：本發明公開了一種基於石墨烯太陽能發電系統的路燈，屬於太陽能利用技術領域。本發明採用如下技術方案：一種基於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，其特徵在於，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：不需要藉助輸電線路，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，然後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. 一種基於石墨烯太陽能發電系統的照明燈塔 發明專利 在審

申請號：CN201410589721.0　 申請日：2014.10.29

公開(公告)號：CN104359069A 公開(公告)日：2015.02.18

申請(專利權)人：常盛傑

分類號：F21S9/03(2006.01)I;F21V33/00(2006.01)I;H02J7/00(2006.01)I;H02S10/20(2014.01)I

摘要：本發明公開了一種基於石墨烯太陽能發電系統的照明燈塔，屬於新能源利用技術領域。本發明採用如下技術方案：一種基於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，其特徵在於，所述發電系統包括石墨烯太陽能電池板、感測器、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：一是採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需要切斷髮電系統的電路，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。

3. 一種基於石墨烯太陽能發電系統的低壓電氣櫃 實用新型 有效

申請號：CN201520512474.4 申請日：2015.07.15

公開(公告)號：CN204809710U 公開(公告)日：2015.11.25

申請(專利權)人：南京華文電氣有限公司

分類號：H02B1/56(2006.01)I;H02S40/38(2014.01)I

摘要：本實用新型公開了一種基於石墨烯太陽能發電系統的低壓電氣櫃，其特徵在於，包括櫃體、石墨烯太陽能電池板、蓄電池、散熱器，所述石墨烯太陽能電池板設置於所述櫃體的頂端，所述櫃體的底端內壁上設置有方形凹槽，所述蓄電池設置於所述方形凹槽內部，所述散熱器設置於所述櫃體的後端，所述櫃體的後端上部設置有通風口，所述通風口與所述散熱器相連通;所述石墨烯太陽能電池板與所述蓄電池通過電纜線相連接，所述蓄電池與所述散熱器通過電纜線相連接。本實用新型利用太陽能作為散熱器以及LED燈、照明燈、草坪燈的光源，實現了戶外的低壓電氣櫃平時維護時的散熱以及檢修過程中的照明需求。