《天合光能荣登全球钙钛矿太阳能电池专利排行榜第一》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-05-07
  • 近日,全球知名知识产权综合信息服务提供商IPRdaily发布了《全球太阳能电池及组件发明专利排行榜(TOP50)》《全球钙钛矿太阳能电池发明专利排行榜(TOP30)》和《全球TOPCon太阳能电池发明专利排行榜(TOP30)》三大榜单。其中,在全球钙钛矿专利布局前三的企业中,天合光能作为唯一的中国企业,以481件专利申请排名全球第一,远超第二名近40%。同时,天合光能位列全球太阳能电池及组件专利榜第二和全球TOPCon太阳能电池发明专利排行榜第二。三大榜单分别基于钙钛矿太阳能电池技术、太阳能电池及组件技术及TOPCon太阳能电池技术相关的关键词和分类号进行限定,统计2015年4月1日至2025年3月31日在全球申请并公开的钙钛矿太阳能电池发明专利、太阳能电池及组件发明专利和TOPCon太阳能电池发明专利(同申请号合并)。

    钙钛矿太阳能电池作为下一代光伏技术,展现出巨大的发展潜力。其效率显著高于传统硅基光伏电池,此外,钙钛矿材料可以通过低温溶液加工工艺制备,降低了制造成本并拓展了应用领域。

    自2014年起,天合光能不断加大在钙钛矿领域的投资与布局,以481件钙钛矿专利领跑全球,远超国际巨头Panasonic(347件)和Oxford PV(365件)。正如IPRdaily在榜单解读中指出,天合光能与复旦大学共建光伏科学与技术全国重点实验室,联合产业链10多家企业共建新一代光伏技术与装备制造业创新中心,积极布局新一代光伏产品——晶硅叠层太阳电池,并在 2025年先后宣布其在钙钛矿晶体硅叠层技术领域从电池效率到组件功率连破世界纪录,同时获得了牛津光伏在中国内地研发、制造、销售、许诺销售、使用、分销钙钛矿电池技术和钙钛矿/钙钛矿叠层技术及钙钛矿/晶体硅叠层电池光伏产品的独家许可,以及向本土制造商进行再许可的独家权利。

    IPRdaily数据显示,中国企业和高校在钙钛矿专利领域的占比高达56%,其中天合光能作为唯一跻身全球前三的中国企业,正引领中国创新力量重塑全球光伏产业格局。

    IPRdaily在榜单中指出,TOPCon技术不仅在当前市场中占据主导地位, TOPCon更适合作为叠层电池的底电池,TOPCon+钙钛矿叠层电池技术将持续迸发强劲的生命力,未来有望进一步提升效率并拓展应用领域。近三年来,天合光能的TOPCon专利申请量占其近十年总量的82.78%,增长速度同样位居行业前列。

    “保护知识产权就是保护创新”,天合光能始终以科技创新作为第一驱动力,持续推动技术研发、知识产权、行业标准三位一体相互协同,深化钙钛矿晶硅叠层技术的研发和产业化,为推动全球能源转型贡献天合力量。

  • 原文来源:https://www.nengyuanjie.net/article/113634.html
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  • 《量产前夜 钙钛矿太阳能电池成为风险投资关注焦点》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-08-22
    • 在原本沉寂的太阳能发电投资领域,钙钛矿太阳能电池今年突然成为风险投资关注的焦点。 3月15日,中国第一大风机制造商金风科技宣布,以战略投资者身份领投英国钙钛矿太阳能发电公司牛津光伏有限公司(Oxford PVTM)D轮融资,投资金额2100万英镑。 4月26日,长江三峡集团旗下三峡资本联合中国三峡新能源与杭州纤纳光电科技有限公司(简称纤纳光电)宣布,三峡资本以战略投资者身份注资纤纳光电,投资金额5000万人民币。这家成立不足4年的公司,目前是全球钙钛矿太阳能组件光电转换效率的世界纪录的保持者。 所谓钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells),是利用钙钛矿的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代新概念太阳能电池之一,具有光电转换效率特别高、成本低的特点,目前实验室转换率水平最高接近30%,是目前已经发现的实验室光电转换效率最高的太阳能电池。 不过,从全球来看,虽然钙钛矿太阳能电池尚处实验室阶段,并未实现真正的量产,但随着技术进步,2020年量产的脚步已越来越近,钙钛矿太阳能电池有望成为光伏行业的“搅局者”。 十年磨一剑 太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置。从结构上来看,太阳能电池一般是由很多层材料堆积起来的,其中起到光吸收作用的层叫做吸收层。太阳能电池也按照吸收层的材料特性来命名,比如晶体硅太阳能电池的吸收层就是单晶硅或者多晶硅;薄膜太阳能电池的吸收层一般是厚度几个微米的薄膜材料;而钙钛矿太阳能电池的吸收层就是钙钛矿。 1883年,美国发明家Charles Fritts成功制造了人类第一块太阳能电池——硒上覆薄金的半导体/金属结太阳能电池, 其光电转换效率仅约1%。1954年,美国贝尔实验室Pearson、Fuller和Chapin等人研制出了第一块晶体硅太阳能电池,获得4.5%的转换效率, 开启了利用太阳能发电的新纪元。 在最近的半个多世纪里,太阳能技术发展大致经历了三个阶段:第一代太阳能电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池,其在实验室的光电转换效率已经分别达到25%和20.4%;第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池;第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池, 如钙钛矿电池、染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等。 其中,钙钛矿太阳能电池的进展最受人关注。需要解释的是,钙钛矿(Perovskite)材料是以俄国矿物学家列维·佩罗夫斯基(Lev Perovski)的名字命名。最早被发现的钙钛矿材料是钙与钛的复合氧化物。后来,钙钛矿的概念有了很大的延展,它已经不特指钙钛复合氧化物,而用来泛指一系列具有ABX3化学式的化合物,在这里,A可以是甲氨基等有机分子基团,而B可以是铅原子(也可以是锡原子),X则一般含有卤素原子。 在太阳能电池领域,一般使用的是有机无机复合的钙钛矿。钙钛矿一般是作为太阳能电池的吸收层来使用,在接受太阳光的照射以后,钙钛矿吸收了光子以后会产生电子——空穴对。电子带负电,而空穴可以看成是带正电。当阳光照射到这些电子——空穴对上时就形成了光电流。 最早将钙钛矿应用到电池上的是日本横滨大学教授Akihiro Kojima。2009年,他首次将有钙钛矿结构的有机金属卤化物(CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3)制成吸光层用到染料敏化太阳能电池,得到3.8%的转换效率,后来由于液态电解质导致钙钛矿材料很快分解,从而使电池效率很快衰减。但是研究人员很快意识到钙钛矿既善于吸收阳光,还能运送电荷。 就这样,钙钛矿太阳能电池诞生了。 稳定性成瓶颈 经过十年的发展,钙钛矿太阳能电池的实验室光电转换效率已经高达27%,在太阳能电池行业遥遥领先。 换句话说,以钙钛矿为原料制造的太阳能电池可以将大约1/4的太阳光直接转化为电能。 从光电转化率提升速度来看,钙钛矿也具有明显优势。以目前市场份额最高的多晶硅太阳能电池为例。1985年,多晶硅太阳能电池的实验室转化率为15%左右,在2004年达到20.4%;而后其转化率虽略有提升,但微乎其微。 对比之下,2009年钙钛矿太阳能电池实验室转化率为3.8%,如今实验室小面积器件(面积大小在几平方毫米)转化率在22%~23%,效率提升速度惊人,目前仍在继续提升中。 从全球来看,英国牛津光伏公司的太阳能电池转换效率居于领先地位。其推出的钙钛矿叠层电池光电转换效率已经达到了28%的世界纪录,这也超过了26.7%的单晶硅电池效率纪录。同时,牛津光伏公司的钙钛矿叠层电池技术路线图显示,其光电转化效率将超过30%。 需要注意的是,目前,转换效率较高的钙钛矿太阳能电池的尺寸均为实验室级别,但随着电池尺寸的增加,其光电转换效率会随之下降。 从成本来看,钙钛矿太阳能电池由于材料吸光能力强、对杂质不敏感和生产工艺能耗低,其综合成本大大降低。 研究表明,钙钛矿电池对光的吸收能力是传统太阳能电池材料的100倍,因此钙钛矿电池只需使用1/100的厚度,即可产生相同的能量输出,相应减少了所需材料数量,而且产生的电压更高,还能增加能量产出。 同时,钙钛矿材料对杂质不敏感,通常90%左右纯度的钙钛矿材料就可以用于制造效率达到20%以上的太阳能电池。晶硅材料则对杂质非常敏感,纯度必须达到99.9999%以上才能用于制造太阳能电池。 由于钙钛矿材料可以溶解在普通溶剂之中,钙钛矿组件可以通过溶液涂布工艺生产,整个生产工艺流程温度不超过150度。而晶硅材料的铸锭和提拉都需要在1500度以上高温,生产能耗差距可想而知。 这种不同材料体系的成本差异具体体现为:晶硅太阳能电池每平方米造价为500~700元,薄膜太阳能电池每平方米造价1300~1400元,钙钛矿太阳能电池每平米预计成本将低至100元。 尽管具备转化效率高、成本低的优点,但钙钛矿太阳能电池也面临稳定性差导致的寿命较短的问题,这也是其最致命的弱点。 由于钙钛矿太阳能电池对潮湿环境敏感,暴露在潮湿空气中会很快分解,就连昼夜温差造成的水蒸气也可能对它造成伤害,因此必须对其进行防水封装。 目前,钙钛矿电池已经经过了1万小时的持续光照实验,按照全天平均日照时长4小时计算,钙钛矿电池理论寿命为6.8年,考虑到实际日照时间以及日常损耗,钙钛矿电池正常寿命应小于6.8年。相比于硅电池的理论寿命25年,还有很大差距。 可喜的是,2016年以来,随着新型多离子混合型钙钛矿材料的应用,以及缓冲层材料逐渐无机化,钙钛矿太阳能电池的工作寿命正在稳步提高,在实验室中已可实现连续1000小时工作衰减低于5%。 2020年量产可期 目前,钙钛矿太阳能电池正处于量产的前夜。 在过去十年里,全球顶尖科研机构和大型跨国公司,如英国牛津大学,瑞士洛桑联邦理工学院,中国科学院、南方科大,日本松下、夏普、东芝等都投入了大量人力物力,致力于实现钙钛矿太阳能电池的量产。 纤纳光伏联合创始人姚冀众公开表示,“钙钛矿技术发展到今天已经不是简单的技术储备,自技术兴起以来,得到了学术界和产业界极大的关注和投入。短短几年转换效率及稳定性都有了很大提高,已经具备了产业化条件。” 姚冀众透露,纤纳光电正在为接下来的量产做最后准备,组建全球首条20兆瓦钙钛矿太阳能电池生产线。未来,在15%~16%的光电转化率条件下,纤纳光电的钙钛矿太阳能组件每瓦成本将低于1元。 比纤纳光伏更进一步,中国民营能源集团协鑫集团和英国牛津光伏公司都提出了钙钛矿太阳能电池量产的时间表。 今年2月,协鑫集团旗下苏州协鑫纳米科技发布了其在钙钛矿光伏组件技术方面的突破性进展。协鑫纳米已经率先建成10兆瓦级别大面积钙钛矿组件中试生产线,完成了相关材料合成及制造工艺的开发,并已开始100兆瓦量产生产线的建设工作,计划于2020年实现钙钛矿光伏组件的商业化生产。 据介绍,协鑫纳米10兆瓦中试生产线所制造的钙钛矿光伏组件尺寸为45厘米×65厘米,光电转化效率达到15.3%。这是全世界范围内最大面积的钙钛矿光伏组件,也是大面积钙钛矿组件效率的最高数值。协鑫纳米正在建设中的100兆瓦量产生产线,将把组件面积扩大至1米×2米,组件光电转化效率将提高至18%以上。在现有的工艺条件下,100兆瓦量产线的钙钛矿光伏组件的成本预计将低于1元/瓦,量产组件的工作寿命将达到25年以上。当产能扩大到1吉瓦以上时,钙钛矿组件的制造成本还将进一步下降到每瓦0.7元左右。 在国外,今年3月,牛津光伏从其最大股东梅耶博格技术公司购买了一条200 兆瓦异质结生产线用于钙钛矿电池试生产,此生产线将于2020年底在牛津光伏哈弗尔河畔勃兰登堡的工厂中试运行。牛津光伏将这一生产线电池转换率的初始目标定为27%。 人们有理由相信,2020年或将成为人类光伏发电历史上的拐点。
  • 《钙钛矿太阳能电池应重“叠层”》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-04-21
    • 近期,钙钛矿太阳能电池研究领域异常火热。刚刚过去不久的3月份,《科学》连续刊发4篇有关钙钛矿太阳能电池的研究论文,其中关于钙钛矿与硅的叠层太阳能电池的文章就有3篇。 钙钛矿太阳能电池的热点科学问题是什么?受关注的解决策略有哪些?近期发表的文章对热点科学问题有什么贡献?带着这些问题,4月15日,《中国科学报》专访了中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员李永舫。 “3篇采用叠层技术的文章值得重视,将来可能会进一步提升商品化硅太阳能电池的能量转化效率,但这一方向目前国内开展研究的不多。”李永舫指出,“国内研究者应该重视钙钛矿/硅叠层太阳能电池的研究,尤其是在现有硅太阳能电池生产线技术的基础上开发钙钛矿/硅叠层太阳能电池生产技术,同时需要研究叠加钙钛矿太阳能电池后对原来的硅太阳能电池产品稳定性和寿命的影响。” 《中国科学报》:为何钙钛矿太阳能电池这么受关注? 李永舫:钙钛矿太阳能电池是利用一种新兴的钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料,进行光电转换的光伏器件。最近几年,钙钛矿太阳能电池得到快速发展,能量转化效率已经超过25%,并且具有低成本溶液加工的优势,拥有很大的应用潜力。 在潜在应用领域中,它的竞争对手是硅光伏电池。当今商用光伏市场份额主要被硅光伏电池占据,因为它可以稳定提供超过18%的组件能量转化效率、25年以上的使用寿命以及0.3美元/瓦的低成本,接近于电网平价的水平。 《中国科学报》:要与硅光伏电池竞争,钙钛矿太阳能电池在科学上还需要加强哪些工作? 李永舫:相比之下,新兴的钙钛矿太阳能电池仍然需要在各方面更加成熟,除了效率以外,还应关注稳定性、大面积器件的生产工艺、材料和器件制备的成本等等,才能真正形成产业竞争力。现在提升稳定性应当作为钙钛矿太阳能电池研究的重点,因为这是钙钛矿太阳能电池能否实现实际应用的关键。 《中国科学报》:近期的3篇《科学》论文有哪些特点?对上面提到的工作有什么帮助吗? 李永舫:我花了一些时间,仔细读了近期3篇《科学》上发表的前沿工作,都是针对钙钛矿光伏材料的另一种潜在应用方式:钙钛矿/硅叠层太阳能电池。叠层技术是进一步提高效率从而降低光伏发电成本的有效途径。 钙钛矿太阳能电池相比硅太阳能电池,能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光,而硅太阳能电池可以有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光,因此,通过叠层方式组合这些高效的单电池,可以突破传统纯硅光伏电池的理论效率极限,进一步提升硅光伏电池的效率。 比如,3月6日,美国科罗拉多大学团队发表的这篇论文,获得了截至目前文献报道的钙钛矿/硅叠层太阳能电池27%的最高能量转化效率。这项工作重点围绕一直以来备受关注的问题:氯元素在混合钙钛矿中的功能与作用。研究人员利用一系列材料学表征手段进行了研究,并通过对钙钛矿组分以及氯的调节,加上电池制备集成工艺上的经验积累,得到了如此高的效率和较好的稳定性。 同日,加拿大多伦多大学、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学等团队合作发表的论文,创新点集中在叠层电池连接技术的有效精简上,尤其是在复杂的纹理化硅电池表面制备叠层器件的连接技术。对于商品化的硅太阳能电池,为了提高太阳光的吸收和利用,在硅电池表面大多会制备成纹理化结构,因此该项研究工作对于与商品化的硅太阳能电池生产技术的接轨具有潜在的优势和实用性。 3月26日,美国国家可再生能源实验室和韩国首尔大学团队合作发表的论文,思路仍然集中在钙钛矿/硅叠层太阳能电池中的宽带隙钙钛矿材料本身的调控上,创新点是通过调节钙钛矿中阴离子添加剂工程,达到了26.7%的高效率,这也是世界领先的水平。 《中国科学报》:这些工作有哪些不足之处? 李永舫:这3篇文章都没有特别关注如何解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题,报道的器件效率也都源自实验室的小面积器件,还没有把握能将这种技术应用到商业化硅太阳能电池中。 除了效率以外,还应关注稳定性、与现有硅太阳能电池生产工艺的匹配、工艺精简程度、材料成本,还有大面积太阳能电池的效率是否可以同步提升等。 《中国科学报》:中国科研工作者有什么经验可以借鉴? 李永舫:这种钙钛矿/硅叠层太阳能电池是进一步提升硅太阳能电池效率的有效手段,它可以结合传统硅电池成熟的生产技术优势,在其基础上对能量转化效率作进一步提升。目前中国在整个钙钛矿太阳能电池领域处于前沿水平,有一些公司已经开展了大面积器件制备和应用研究。但是,国内有关硅和钙钛矿叠层太阳能电池方面的研究不多。 国内相关研究者应该重视钙钛矿/硅叠层太阳能电池的研究。我国硅太阳能电池的生产技术水平在国际上处于领先地位,商业化硅太阳能电池的产量占全球产量的50%以上,应该在现有硅太阳能电池生产线技术基础上开发钙钛矿/硅叠层太阳能电池的生产技术,进一步提升商品化硅太阳能电池的光电转换效率。同时需要研究和解决叠加钙钛矿电池后形成的叠层器件对硅太阳能电池稳定性和寿命的影响问题。 相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.aaz5074 https://doi.org/10.1126/science.aba3433 https://doi.org/10.1126/science.aaz3691