交叉式背接觸型光伏電池中國專利現狀及其發展趨勢

劉國梁 李曉明

（國家知識產權局專利局，北京 100088）

交叉式背接觸型光伏電池中國專利現狀及其發展趨勢

劉國梁 李曉明

（國家知識產權局專利局，北京 100088）

光伏電池是近年來節能減排技術的代表，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域。本文通過對交叉式背接觸型光伏電池技術領域的專利進行研究，分析了中國專利申請的趨勢、區域分布以及主要申請人等情況，以期為行業、研究機構以及政府相關部門提供參考。

交叉式；背接觸；背結IBC；光伏電池

在能源需求不斷升高、傳統能源價格居高不下、全球氣候和環境問題受到普遍關注的背景下，可再生綠色能源在全球范圍內得到快速發展。近幾年來，光伏產業成為低碳經濟中的重點產業，光伏發電技術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注，產業也有了突飛猛進的發展。

背接觸型光伏電池是指電池的發射區電極和基區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勢，對背接觸型光伏電池的研發也倍受關注。

根據p-n結的位置不同，背接觸型光伏電池可分為兩類：（1）背結電池。p-n結位于電池背表面，發射區電極和基區電極也相應地位于電池背面。（2）前結電池。p-n結位于電池正表面，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電池的代表技術，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的相關專利申請較早，最早的背接觸型光伏電池中國專利申請出現在1996年，而交叉式背接觸型光伏電池申請出現較晚，集中申請也出現在近幾年。

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，電池結構如圖1所示。該電池具有如下優勢：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，避免了常規電池正面柵線的遮光損失；第二，背電極優化使得電池的串聯電阻提高，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，因此可進一步優化電極寬度從而達到提高串聯電阻的目的；第三，提供更好的優化前表面陷光和實現極低反射率的潛力［1］。

圖1 IBC電池結構圖

圖2 交叉式背接觸型光伏電池技術中國專利申請趨勢

圖4 交叉式背接觸型光伏電池技術主要國家專利申請趨勢

和傳統晶硅電池相比，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化。除此之外，這一特點也為電極的接觸特性提供了優化的空間，IBC光伏電池的串聯電阻普遍低于傳統電池。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型高效電池結構之一（美國的Sunpower公司于2011年報道了產業化的N型高效IBC電池，轉化效率達到22.4%）。

圖3 交叉式背接觸型光伏電池技術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，中國專利數據庫（CPRS）收錄的交叉式背接觸型光伏電池技術領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域開始出現中國專利申請。其后幾年，陸續有幾件專利申請，直至2009年起，相關專利申請數量顯著增加，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在我國的市場前景抱有較高期望。

2.2 區域分布分析

2.2.1 國家/地區分布

圖3和圖4分別為交叉式背接觸型光伏電池技術專利申請國家分布圖和主要國家年度專利申請趨勢。可以看出，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，充分體現了中國在交叉式背接觸型光伏電池領域技術的高速發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，遙遙領先，表明了中國市場的重視以及中國光伏產業的飛速發展。但也應當注意，由于奧巴馬政府出臺一系列鼓勵發展新能源的政策，美國光伏發電產業上一直保持領先世界其他先進國家的態勢。現在，美國的不少州也已出臺了《可再生能源配額標準》，對光伏產業進行扶持，對美國同業者的關注仍不容忽視。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產能迅速擴大，市場供過于求影響相關專利申請，這仍有待后續跟進關注。

圖5 交叉式背接觸型光伏電池技術專利省市分布圖

2.2.2 省市分布

國內申請數量與國外來華申請數量的對比，可以反映交叉式背接觸型光伏電池技術上國內外專利技術力量的對比。而國內各省市地區的分布份額則能反映各地區在交叉式背接觸型光伏電池技術上的發展情況及知識產權保護意識。

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

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域的另一個重要原因是由于行業內幾家大型企業集中在上述地區，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，其中發明申請量為125件，占總量65.1%，發明（PCT）申請量為42件，占總量21.9%，發明申請量較多表明該領域屬于高科技領域，技術含量較高。發明（PCT）所占比例較高，也說明該技術領域的國際關注度較高，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。

2.4 主要申請人/專利權人分析

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域起步很早，在該領域各個技術分支都有跟進的技術研發，其對IBC光伏電池領域也非常重視，在目前以及今后一段時間內，都應是中國申請人重點關注的對象。

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年美國發起的“雙反”調查中，上述企業也曾聯合應對。通過之前的分析，我們也發現，該領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，這也為這些企業市場以及技術研發合作提供了便利。

不同于我國的很多研究領域有大量科研院所申請人，在交叉式背接觸型光伏電池領域，主要申請人都是企業，也占據了總申請量的很大比例，這表明該領域與實際應用結合非常緊密，技術轉化為產品的周期很短，科研投入與產出的效率較高，相關申請人應加強技術研發再投入。

圖7 交叉式背接觸型光伏電池領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結的工藝主要有：液態B擴散、絲網印刷Al燒結、B離子注入等。在專利申請數據中，這三方面都有不少相關專利。尤其是國內主要申請人奧特斯維公司和阿特斯公司，已有相關專利布局。

2.4.2 主要專利權人

國內申請人中，獲得專利授權較多的是山東力諾，其他申請人授權較少。而美國的太陽能公司授權數量占申請量比例較大。總體上來說，國內主要專利權人與主要申請人相對應，包括力諾、凱世通、中來等公司，授權量也高于國外申請人。國內企業在經歷了“雙反”調查后，對專利布局的意識都在增強，也已經具備了一定的技術實力。但是，專利權人呈現比較分散的特點，即主要專利權人所掌握的專利數量仍較少，國內申請人通過專利交叉授權等方式形成專利聯盟，也不失為國內企業對抗國外企業技術傾軋的有效途徑。

另外，我們也應意識到，光伏電池領域涉及的技術分支很多，總體上，發達國家仍然在該領域處于傳統優勢地位，掌握了較多的專利授權。國內專利權人雖然在交叉式背接觸型光伏電池這一領域處于領先地位，但是在整個光伏電池領域并不占優勢，那么，國內企業能否利用已經積累的技術力量盡快完成產業升級，也是目前光伏產業擺脫困境的關鍵。

3 結語

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

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

但是，我們應該清醒地認識到，以整個光伏電池領域來看，國外申請人進行研發較早，技術上具有優勢，專利布局也較早，尤其是在海外市場布局精密，國內申請人所作的布局寥寥，這與中國企業在國際市場上的地位形成了較大反差，尤其是國外企業在受到中國企業沖擊時，動則舉起“調查”的大旗，不得不引起人們的擔憂。而單就交叉式背接觸型光伏電池領域來說，國內申請人進行的研發以及專利申請則較為深入，國內申請人應該利用現有的技術儲備，進一步加強研發投入，并且加強企業間的技術合作，提升技術水準，以此形成突破口，并爭取盡快延伸在國際市場的專利布局。在目前國內企業產能過剩的情況下，更進一步地擴寬海外市場以輸出產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。