基于專利分析的我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)識別及演化研究

趙 璞，林 文，姜天潤，馬騰云

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）經(jīng)濟管理學(xué)院，北京 100083）

1 研究背景

隨著時代發(fā)展和科技進(jìn)步，化石能源帶來的資源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，如何實現(xiàn)綠色經(jīng)濟、發(fā)展可再生能源成為了我國乃至全世界能源革命的中心問題。其中，太陽能光伏作為一種清潔、安全、便利的可再生能源，其產(chǎn)業(yè)在世界各國都得到了巨大的發(fā)展。我國光伏產(chǎn)業(yè)雖然于21世紀(jì)初才起步發(fā)展，但上升態(tài)勢迅猛，產(chǎn)業(yè)技術(shù)、規(guī)模和成本均在全球的完整產(chǎn)業(yè)鏈中保持領(lǐng)先地位［1］。截至2020年，我國光伏累計裝機預(yù)計將達(dá)240 GW，是2015年年末裝機的5.6倍，應(yīng)用市場也穩(wěn)步增長［2］。光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依托于技術(shù)進(jìn)步和政策支持。雖然我國已經(jīng)在光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中取得一定成就，但在努力實現(xiàn)2030年前碳排放達(dá)峰和爭取2060年前碳中和的目標(biāo)背景下，如何繼續(xù)推動我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有深刻的研究意義。識別產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)、分析其演化進(jìn)程有益于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展重心和趨勢走向，是實現(xiàn)領(lǐng)域創(chuàng)新、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑。

當(dāng)前有關(guān)識別產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的研究有很多，識別方法主要有以下4種：一是專家識別法，又稱德爾菲法，即邀請領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人士，借助其經(jīng)驗和知識背景來識別相關(guān)行業(yè)核心技術(shù)并達(dá)成共識［3］。這種方法準(zhǔn)確率高，但存在可識別數(shù)據(jù)量有限、評價標(biāo)準(zhǔn)可能會受主觀影響等局限性。二是專利指標(biāo)頻次統(tǒng)計法，即統(tǒng)計領(lǐng)域內(nèi)專利的被引次數(shù)、同族專利數(shù)、分類號數(shù)量等指標(biāo)的頻次，頻次越多代表該技術(shù)在領(lǐng)域內(nèi)越處于核心地位。例如商琦等［4］統(tǒng)計了目標(biāo)專利的年均被引頻次，選取排名前十的專利作為邊緣計算領(lǐng)域基礎(chǔ)的核心專利；凡慶濤等［5］通過專利被引次數(shù)確定了3D生物打印的技術(shù)熱點；Lanjouw等［6］通過專利權(quán)利要求項的數(shù)量構(gòu)建專利質(zhì)量指數(shù)。三是專利指標(biāo)體系構(gòu)建法，即在構(gòu)建識別核心技術(shù)的指標(biāo)體系后，通過專家意見法、層次分析法、熵權(quán)法等主觀或客觀的方法，為指標(biāo)賦予權(quán)重并進(jìn)行核心技術(shù)評價。如楊大飛等［7］從核心技術(shù)創(chuàng)新力、控制力、發(fā)展力的角度構(gòu)建指標(biāo)體系，通過最優(yōu)組合賦權(quán)法確定權(quán)重，并對有機發(fā)光二極管（OLED）平板顯示產(chǎn)業(yè)的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行了實證研究；Ma 等［8］結(jié)合石油行業(yè)的技術(shù)特點，創(chuàng)新性地構(gòu)建了一套專利價值評估體系。四是專利共類分析法，即通過因子分析、聚類分析等方法將專利數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)可視化手段分析核心技術(shù)。如Krafft等［9］基于專利數(shù)據(jù)的IPC分類號建立了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步探究了網(wǎng)絡(luò)密度、度數(shù)中心度、接近中心度和中介中心度等指標(biāo)，分析了知識基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢；黃曉斌等［10］構(gòu)建了4G通信領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過中心度分析識別出領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵技術(shù)。以上幾種識別領(lǐng)域核心技術(shù)的方法各有優(yōu)勢，均具有較好的研究成效。

目前對于我國太陽能光伏領(lǐng)域整體技術(shù)發(fā)展的相關(guān)研究主要表現(xiàn)為通過專利數(shù)量、申請國家及地區(qū)、專利權(quán)人等某種專利具體屬性來分析行業(yè)發(fā)展趨勢，存在數(shù)據(jù)陳舊、研究指標(biāo)不夠豐富等問題，且少有針對核心技術(shù)間交叉影響關(guān)系進(jìn)行深入分析。故本研究基于1963—2020年我國太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)據(jù)，提取IPC分類號前4位代表技術(shù)領(lǐng)域，通過關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘有價值的技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)組合，進(jìn)一步測算和構(gòu)建這些技術(shù)領(lǐng)域的交叉影響系數(shù)矩陣，按照技術(shù)生命周期的劃分，分別建立全時期及各時期技術(shù)領(lǐng)域交叉影響網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而進(jìn)行核心技術(shù)的挖掘和演化分析。

2 模型構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源

2.1 核心技術(shù)領(lǐng)域識別模型構(gòu)建

2.1.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則

在眾多數(shù)據(jù)挖掘方法中，關(guān)聯(lián)規(guī)則可以用來發(fā)掘大量數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。“頻繁項集”是其中的一個關(guān)鍵性的概念，它被定義為在事務(wù)集中不同項集頻繁地共同出現(xiàn)的集合［11］，可由支持度大于給定的最小支持度閾值來確定，即滿足的集合為頻繁項集。其中，，是由個不同的項組成的集合。項集S的支持度如公式（1）所示：

由關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘得到的規(guī)則與經(jīng)驗總結(jié)得到的定性規(guī)律之間的不同之處在于，關(guān)聯(lián)規(guī)則是定量的精細(xì)規(guī)則［12］。技術(shù)領(lǐng)域組合共同出現(xiàn)的次數(shù)越多，其間的交叉影響程度對同時期整個行業(yè)內(nèi)技術(shù)發(fā)展的貢獻(xiàn)就越大，地位就越重要。本研究將關(guān)聯(lián)規(guī)則用于專利數(shù)據(jù)分析中，為避免共現(xiàn)頻次較低的技術(shù)領(lǐng)域組合對最終結(jié)果的影響，通過最小支持度的設(shè)定篩選出有價值的技術(shù)領(lǐng)域組合，即其間交叉影響程度對整體技術(shù)間關(guān)系走向作用較大的技術(shù)領(lǐng)域組合。

2.1.2 改進(jìn)的交叉影響分析

Choi等［13］提出的核心技術(shù)領(lǐng)域識別方法，即PCIA方法，目前已經(jīng)得到較多學(xué)者的認(rèn)可。該方法認(rèn)為根據(jù)某一技術(shù)領(lǐng)域在整個技術(shù)系統(tǒng)中對其他技術(shù)領(lǐng)域的影響大小可以確定其是否為核心技術(shù)領(lǐng)域，并將兩個技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉影響定義為一個條件概率。具體如公式（3）所示：

當(dāng)計算完多個技術(shù)領(lǐng)域之間的影響系數(shù)后，便可以構(gòu)造一個多技術(shù)交叉影響矩陣。在隨后的研究中，黃魯成等［14］指出在識別核心技術(shù)中使用該方法可以克服主觀性的影響，但卻存在缺陷，即只用條件概率的思想考慮，忽略了技術(shù)之間真實的影響方向。當(dāng)技術(shù)與技術(shù)的關(guān)系呈現(xiàn)如圖1所示的包含關(guān)系時，按照Choi等［13］的PCIA公式可以計算出，即技術(shù)領(lǐng)域?qū)Φ挠绊懯菢O大的，沒有技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)領(lǐng)域不會單獨出現(xiàn)，但是這與圖1中技術(shù)領(lǐng)域與的包含關(guān)系矛盾，即該公式錯誤表示成了技術(shù)領(lǐng)域?qū)夹g(shù)領(lǐng)域的影響。

圖1 包含關(guān)系的技術(shù)影響模式

因此，黃魯成等人［14］在PCIA方法的基礎(chǔ)上作出了一定的修改，他們認(rèn)為專利包含多項技術(shù)的特性，難以確定技術(shù)領(lǐng)域與出現(xiàn)的時間先后，最終提出了基于占比的NPCIA計算公式如下：

在計算出各個技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉影響系數(shù)之后，構(gòu)造技術(shù)領(lǐng)域交叉影響矩陣，并通過公式（5）計算各個技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ麄€技術(shù)系統(tǒng)的影響系數(shù)貢獻(xiàn)率，按照貢獻(xiàn)率排序識別核心技術(shù)領(lǐng)域。

2.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（Derwent Innovations Index，DII）是目前為止國際專利信息收錄最全面的數(shù)據(jù)庫之一，收錄了自1963年至今超過40個國家、地區(qū)及專利組織發(fā)布的專利文獻(xiàn)以及專利引用信息。本研究以中國歷年來光伏領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)為研究對象，選擇德溫特專利索引數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，檢索表達(dá)式確定為：TS=PHOTOVOLTAIC AND PN=CN*，時間跨度選擇所有年份（即1963年至檢索日期），導(dǎo)出內(nèi)容為全記錄，檢索時間為2021年3月25日。

數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，主要采用去除變異數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)清洗手段。最終獲得我國光伏領(lǐng)域相關(guān)專利共107 343條，隨后提取出IPC分類號、專利申請年份等信息單元以供后續(xù)分析使用。

每個專利會根據(jù)其所屬領(lǐng)域的具體情況而匹配多個IPC分類號［15］。IPC分類號采用逐級分類的方式，包含部、大類、小類、大組、小組5層體系，層級越向上，跨領(lǐng)域程度就越大。根據(jù)先前的理論，不同的IPC出現(xiàn)在同一個專利中，這反映了技術(shù)的相關(guān)性，也即體現(xiàn)了技術(shù)融合。根據(jù)分類規(guī)則，IPC分類號的前4位代表了該項技術(shù)的小類，對其數(shù)量進(jìn)行分析可以直觀地觀察該領(lǐng)域的核心技術(shù)。本研究經(jīng)過大量實驗之后，選取IPC分類號前4位，即以小類來作為本研究的技術(shù)領(lǐng)域?qū)ο蟆１?為本研究涉及到的我國太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠鸌PC小類及其代表含義。

表1 本研究涉及到的太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠鸌PC小類含義

表1 （續(xù)）

3 我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)識別及演化分析

3.1 技術(shù)生命周期分析

生命周期理論的應(yīng)用十分廣泛，在政治、經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)、社會等領(lǐng)域得到衍生，可以將其理解為一個“生命”從誕生到?jīng)]落甚至消失的整個過程［16］。Mansfield［17］在1961年提出“技術(shù)生命周期”的概念之后，許多學(xué)者對此進(jìn)行了深入研究。目前較為成熟的技術(shù)生命周期理論認(rèn)為技術(shù)成長過程主要包括4個階段：萌芽期、成長期、成熟期和衰退期［18］。另外也有學(xué)者如Liu等［19］曾指出技術(shù)生命周期分為起步期、發(fā)展期和成熟期3個階段。這兩個理論對技術(shù)演化階段的分解依據(jù)不同，但仍然具有相同的內(nèi)核。

因2021年數(shù)據(jù)不完全，故本研究對1963—2020年我國太陽能光伏領(lǐng)域的專利數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，并基于生命周期理論，依據(jù)具體發(fā)展趨勢，將我國太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展劃分為起步期、成長期、成熟期3個階段，如圖2所示。

圖2 我國太陽能光伏領(lǐng)域技術(shù)生命周期演化

結(jié)合實際分析可知，2006年之前，太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量變化表現(xiàn)為總量少、增長率低，截至2006年，專利總量僅為1 129件，故將2006年之前的時期定義為我國太陽能光伏技術(shù)起步時期。在2002年之前，我國對光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并不重視，產(chǎn)業(yè)內(nèi)僅有的幾家國有企業(yè)面臨著市場需求低、技術(shù)門檻高、原材料供應(yīng)不足等諸多問題，發(fā)展嚴(yán)重受限；隨著2005年《中華人民共和國可再生能源法》的頒布，我國可再生能源的開發(fā)利用得到了促進(jìn)，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了起色，就此拉開了飛躍式發(fā)展的序幕。

2007—2017年，太陽能光伏領(lǐng)域相關(guān)專利數(shù)量增速迅猛，由2006年僅有的420條專利發(fā)展到2017年16 726條的單年申請數(shù)量最高值，增長幅度不斷升高，故將這一時期確定為太陽能光伏技術(shù)生命周期的成長期。在這一時期，相關(guān)專利數(shù)量總體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，主要是由于在2007年至2011年之間，政府為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了大量的財政補貼和政策支持，例如2009年中央政府的“金太陽計劃”等，大大刺激了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模化向前發(fā)展，專利申請量從2006年的420件逐年遞增至2012年的5 688件。光伏技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)推動緊密相關(guān)［20］。我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在利好環(huán)境下開始了爆發(fā)式發(fā)展，但也帶來了產(chǎn)能過剩的嚴(yán)重問題，2011年的“光伏雙反事件”使我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展雪上加霜，2011—2013年光伏產(chǎn)品價格大幅度降低，幾乎全行業(yè)都面臨著虧損和破產(chǎn)，退出行業(yè)的企業(yè)數(shù)量在2012年達(dá)到高峰，足足有31家［21］；而在這期間，相關(guān)專利的申請量增長也變得平緩，2012年到2013年僅增長了106件。在此背景下，國務(wù)院于2013年出臺了《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》，提出進(jìn)行產(chǎn)業(yè)調(diào)整和升級，大力推廣分布式光伏，落實相關(guān)配套措施，才使得我國太陽能光伏市場供需矛盾逐漸解決，產(chǎn)業(yè)回暖；與此同時，保利協(xié)鑫天然氣集團控股有限公司、新特能源股份有限公司、隆基綠能科技股份有限公司等多家企業(yè)取得了重大技術(shù)突破，有近10家企業(yè)集中在創(chuàng)業(yè)板上市，我國光伏產(chǎn)業(yè)重新恢復(fù)了生機與活力［22］，相關(guān)專利申請量也從2013年的5 794件呈指數(shù)級增長到了2017年的16 726件。

2018年至今，我國太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠麛?shù)量仍在持續(xù)增長，但申請量開始逐漸降低，由2017年的16 726件降至2019年的14 274件，我國太陽能光伏技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的成熟期。在“531”新政的產(chǎn)業(yè)政策退坡背景下，我國新增光伏安裝量有所下降，但也促進(jìn)了光伏企業(yè)自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新的能力提升，并在2020年迎來新一輪上市熱潮。雖然現(xiàn)階段的行業(yè)創(chuàng)新性突破已變得較為困難，但我國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)成為了國際領(lǐng)先的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。

3.2 我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)識別

3.2.1 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的技術(shù)領(lǐng)域組合篩選

本研究認(rèn)為某一技術(shù)領(lǐng)域在整個行業(yè)技術(shù)發(fā)展的過程中出現(xiàn)的次數(shù)越多，其對于其他技術(shù)領(lǐng)域的交叉影響作用在整個技術(shù)系統(tǒng)中越重要。為了更好地探究我國光伏產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)領(lǐng)域的演化過程，本研究利用關(guān)聯(lián)規(guī)則中經(jīng)典的Apriori算法，分別對我國太陽能光伏領(lǐng)域全時期、起步期、成長期、成熟期內(nèi)出現(xiàn)頻次最多的技術(shù)領(lǐng)域組合進(jìn)行篩選。由于每一時期的發(fā)展特征不同，專利數(shù)據(jù)量也不同，故分別為不同時期的數(shù)據(jù)設(shè)置不同的最小支持度，用以篩選合適數(shù)量的有價值的技術(shù)領(lǐng)域，對太陽能光伏領(lǐng)域的核心技術(shù)識別和演化作初步判斷。經(jīng)過多次實驗與對比，將全時期、起步期、成長期、成熟期的最小支持度（Sup）分別設(shè)置為0.005、0.020、0.005、0.005，出現(xiàn)次數(shù)最多技術(shù)領(lǐng)域組合前20位（以下簡稱“TOP20”）如表2所示。由表2可知，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則對我國太陽能光伏領(lǐng)域技術(shù)全時期數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后，共得到32對技術(shù)領(lǐng)域組合。其中，共同出現(xiàn)頻次最多的前5對分別是F24S與H20S、H02J與H02S、F21S與F21V、H01L與H02S、F21W與F21S。由此可以看出，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)為太陽能熱收集器或系統(tǒng)、紅外線輻射或可見光或紫外光轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能、電能存儲系統(tǒng)、照明裝置或系統(tǒng)及其零部件、半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域。分階段具體來看：

表2 2006—2019年我國太陽能光伏領(lǐng)域出現(xiàn)次數(shù)最多技術(shù)領(lǐng)域組合TOP20

（1）對起步期數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后，得到36對技術(shù)領(lǐng)域組合。在這一時期，主要圍繞以H01L所代表的半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)，分別從電熱、玻璃、電機、層狀產(chǎn)品以及其他應(yīng)用材料等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展衍生，構(gòu)成了我國光伏產(chǎn)業(yè)起步時期的基礎(chǔ)技術(shù)保障。

（2）對成長期數(shù)據(jù)篩選后，得到32對技術(shù)領(lǐng)域組合，電能存儲系統(tǒng)、紅外線輻射或可見光或紫外光轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能、照明裝置及系統(tǒng)、交流電直流電轉(zhuǎn)化、熱量的產(chǎn)生和利用等技術(shù)成為成長期的重點關(guān)注領(lǐng)域。我國光伏產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展成長，涉及范圍不斷擴大。

（3）對成熟期數(shù)據(jù)篩選后，得到29對技術(shù)領(lǐng)域組合，主要涉及領(lǐng)域包括太陽能熱系統(tǒng)、照明裝置及系統(tǒng)、電能存儲裝置、一般清潔等，此時的重要技術(shù)領(lǐng)域幾乎向全時期技術(shù)發(fā)展重點領(lǐng)域靠齊，即我國太陽能光伏技術(shù)體系逐漸在這一時期成型。

3.2.2 基于NPCIA的核心技術(shù)領(lǐng)域識別

在通過關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘得到各時期出現(xiàn)次數(shù)最多的技術(shù)領(lǐng)域之后，去掉重復(fù)規(guī)則，依據(jù)公式（4）計算其兩兩之間的交叉影響系數(shù)，分別建立各時期交叉影響系數(shù)矩陣，并按公式（5）計算各技術(shù)領(lǐng)域在不同時期對整個技術(shù)系統(tǒng)的影響貢獻(xiàn)率，從而識別核心技術(shù)領(lǐng)域。具體結(jié)果如表3所示。

由表3可知，我國太陽能光伏領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展起步期以H01L所代表的半導(dǎo)體器件技術(shù)為核心基礎(chǔ)，其對整個技術(shù)系統(tǒng)的影響貢獻(xiàn)率高達(dá)0.541 0；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)而發(fā)展起應(yīng)用材料、高分子化合物、導(dǎo)電體或絕緣體、電熱、電路裝置及電能存儲系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)行基礎(chǔ)器件和基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)。在這一時期，我國對太陽能光伏領(lǐng)域的發(fā)展不夠重視，缺乏基礎(chǔ)理論和技術(shù)，產(chǎn)品研發(fā)水平和技術(shù)創(chuàng)新能力有限，使得我國光伏制造業(yè)的發(fā)展非常依賴國外的市場和技術(shù)。在成長期，半導(dǎo)體器件領(lǐng)域保持了交叉影響貢獻(xiàn)率第一的地位，但其影響貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)低于起步期水平，為0.299 8，光伏產(chǎn)業(yè)涉及到的技術(shù)領(lǐng)域范圍不斷擴大，向多元化發(fā)展，主要涉及到的核心技術(shù)領(lǐng)域包括光能轉(zhuǎn)換成電能、照明裝置及系統(tǒng)、供電裝置及電能存儲系統(tǒng)、高分子化合物等。在這一時期，市場需求不斷擴大，增強了產(chǎn)業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用性。照明裝置及其技術(shù)是主要發(fā)展趨勢，太陽能電池技術(shù)也在逐漸興起，并從其穩(wěn)定性、耐用性、可靠性等方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品的研發(fā)更新。在成熟期，半導(dǎo)體器件代表領(lǐng)域的交叉影響貢獻(xiàn)率已經(jīng)降到0.002 2，光能與電能的轉(zhuǎn)換、照明裝置及系統(tǒng)、太陽能電池相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)整個技術(shù)系統(tǒng)的核心地位。光伏發(fā)電行業(yè)競爭激烈，有效提高光電轉(zhuǎn)化的效率可以降低太陽能電池的成本，從而提升核心競爭力，因此光電轉(zhuǎn)換技術(shù)成為了這一時期的核心技術(shù)。在這一時期，領(lǐng)域內(nèi)的知識和技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，商業(yè)轉(zhuǎn)化程度很高，比起如何擴展光伏行業(yè)的新領(lǐng)域、作出突破性創(chuàng)新的新技術(shù)，相關(guān)企業(yè)更多地是將資源投入到如何優(yōu)化升級現(xiàn)有產(chǎn)品及技術(shù)上，創(chuàng)新趨勢變緩。

表3 2006—2019年我國太陽能光伏領(lǐng)域各時期技術(shù)領(lǐng)域交叉影響貢獻(xiàn)率

總體來看，我國太陽能光伏領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展過程主要是以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)，光電轉(zhuǎn)換技術(shù)為重點，光伏照明及太陽能電池相關(guān)技術(shù)為核心，光伏建筑一體化等應(yīng)用技術(shù)為擴展方向，進(jìn)一步橫向發(fā)散、縱向升級。

3.3 我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)演化分析

為了更好地對我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)發(fā)展進(jìn)行演化分析，本研究依據(jù)交叉影響系數(shù)矩陣建立了全時期以及各時期的技術(shù)交叉影響有向網(wǎng)絡(luò)。此外，經(jīng)過實驗對比分析，本研究認(rèn)為交叉影響系數(shù)小于0.3的技術(shù)領(lǐng)域?qū)ζ渌夹g(shù)領(lǐng)域的影響程度較小，可以不作分析，因此為方便可視化分析，在導(dǎo)入Gephi軟件時篩選去除邊權(quán)小于0.3的連邊，節(jié)點大小表示對其他技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生影響的領(lǐng)域數(shù)量多少，邊的粗細(xì)表示領(lǐng)域間影響系數(shù)大小。

3.3.1 全時期技術(shù)交叉影響網(wǎng)絡(luò)分析

對我國光伏領(lǐng)域全時期專利小類數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉影響分析，構(gòu)建交叉影響矩陣并繪制出網(wǎng)絡(luò)圖（見圖3）可以看出，在光伏技術(shù)發(fā)展的全時期，H01L、H02S、H02J對多個節(jié)點構(gòu)成強影響，成為整個交叉影響網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點，這意味著這些節(jié)點代表的半導(dǎo)體器件、光能轉(zhuǎn)換電能、照明裝置與電能存儲系統(tǒng)是其他技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)和核心；F21S、F21Y、F21W、F21V這4個節(jié)點兩兩互相構(gòu)成強影響，說明這4個與光源及照明裝置或其系統(tǒng)等相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)常在一項專利中同時出現(xiàn)，相互依存，成為了一組共生技術(shù)。

圖3 全時期我國太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠鸌PC小類交叉影響網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.3.2 各時期技術(shù)交叉影響網(wǎng)絡(luò)演化分析

如圖4所示，在光伏技術(shù)發(fā)展的起步期中，交叉影響網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)由一點向外發(fā)散的形態(tài)，幾乎所有的技術(shù)領(lǐng)域都受到技術(shù)領(lǐng)域H01L所代表的半導(dǎo)體器件的影響，技術(shù)創(chuàng)新依賴并建立在H01L的基礎(chǔ)上。這一階段處于摸索時期，由于技術(shù)不夠成熟，專利技術(shù)創(chuàng)新多以一項核心技術(shù)為中心，在此項技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴展。

圖4 各時期我國太陽能光伏領(lǐng)域?qū)＠鸌PC小類交叉影響網(wǎng)絡(luò)演化

交叉影響網(wǎng)絡(luò)在成長期進(jìn)入多核階段，光伏技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域初具雛形。經(jīng)過起步期的摸索與技術(shù)革新，成長期的技術(shù)創(chuàng)新開始了新的模式，一些新的技術(shù)領(lǐng)域脫穎而出，由起步期的單個節(jié)點發(fā)散到多個重要節(jié)點同時發(fā)散。可以看出，H01L仍然是這個階段最重要的技術(shù)領(lǐng)域，許多技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域仍然依賴于它。除此之外，技術(shù)領(lǐng)域F21S、F21Y、F21W、F21V的共生關(guān)系也展現(xiàn)了出來，這4個技術(shù)領(lǐng)域兩兩影響、相互依存，共同說明了光伏技術(shù)的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域——照明，也在這一時期開始蓬勃興起。另外，技術(shù)領(lǐng)域H02S、H02J的作用也逐漸顯現(xiàn)，光伏技術(shù)創(chuàng)新的重點開始轉(zhuǎn)移。

成熟期，技術(shù)發(fā)展趨于穩(wěn)定，舊的技術(shù)領(lǐng)域的影響作用正在逐漸消亡。到達(dá)此階段，技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)走向成熟，起步期及成長期的重要技術(shù)領(lǐng)域H01L在成熟期已經(jīng)不再是重要節(jié)點，甚至沒有對其他技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生強影響。涉及光伏照明應(yīng)用的F21S、F21Y、F21W、F21V等之間的相互影響愈加深入，并且對整個技術(shù)系統(tǒng)的影響貢獻(xiàn)率也維持在較高水平。另外，技術(shù)領(lǐng)域H02S成為了這個時期連出度最大的節(jié)點，即占據(jù)了最重要的核心位置。各時期都存在的H02J與H02M以及C08K與C08L的相互影響在此階段也得到了延續(xù)。

總的來看，我國太陽能光伏技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展以半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域為核心，逐漸發(fā)展為多個技術(shù)領(lǐng)域共同影響的模式，核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠募夹g(shù)研發(fā)范圍正逐步擴大，并且重心逐漸分散，不僅局限于一個領(lǐng)域，從光伏照明、太陽能電池、光伏建筑一體化等多個技術(shù)方向呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

在碳達(dá)峰、碳中和的能源發(fā)展大背景下，本研究通過檢索獲取了我國從1963年到2020年3月太陽能光伏技術(shù)專利數(shù)據(jù)，基于技術(shù)生命周期理論，將光伏技術(shù)發(fā)展劃分為3個時期，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則篩選出各時期出現(xiàn)次數(shù)最多、有價值的技術(shù)領(lǐng)域，通過NPCIA算法計算各技術(shù)領(lǐng)域間的交叉影響系數(shù)并建立矩陣，在此基礎(chǔ)上計算各個技術(shù)領(lǐng)域?qū)φ麄€技術(shù)系統(tǒng)的影響系數(shù)貢獻(xiàn)率，以此識別核心技術(shù)領(lǐng)域，最后建立交叉影響有向網(wǎng)絡(luò)分析核心技術(shù)領(lǐng)域演化特征。研究得出如下幾點結(jié)論：

（1）我國太陽能光伏技術(shù)發(fā)展可劃分為起步期、成長期、成熟期3個階段。2006年之前為技術(shù)起步時期，專利總量僅為1 129件，增幅極小，此時的光伏產(chǎn)業(yè)十分依賴國外的市場和技術(shù)；2007—2017年為技術(shù)發(fā)展成長期，雖在2011年前后發(fā)展遇阻，但在總體上呈現(xiàn)專利數(shù)量急劇增加的態(tài)勢，涉及到的范圍不斷擴大，并向應(yīng)用化、多元化方向發(fā)展；2018年至今為技術(shù)發(fā)展成熟期，專利數(shù)量持續(xù)增長但增加量下降，行業(yè)內(nèi)有較為成熟的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，市場需求穩(wěn)定，相關(guān)企業(yè)有了一定程度的自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，行業(yè)發(fā)展成熟，不斷在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級。

（2）我國太陽能光伏領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展過程主要是以半導(dǎo)體器件為基礎(chǔ)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)為重點、光伏照明及太陽能電池相關(guān)技術(shù)為熱點、光伏建筑一體化等應(yīng)用技術(shù)為擴展方向而逐步發(fā)展。起步期，核心技術(shù)領(lǐng)域集中在半導(dǎo)體器件、應(yīng)用材料、高分子化合物、導(dǎo)電體或絕緣體、電熱、電路裝置及電能存儲系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，主要進(jìn)行基礎(chǔ)器件和基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)；成長期，以半導(dǎo)體器件、光能轉(zhuǎn)換成電能、照明裝置及系統(tǒng)、供電裝置及電能存儲系統(tǒng)、高分子化合物等為核心技術(shù)領(lǐng)域，擴大了技術(shù)領(lǐng)域涉及范圍；成熟期，光能與電能的轉(zhuǎn)換、照明裝置及系統(tǒng)、太陽能電池相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)整個技術(shù)系統(tǒng)的核心地位，商業(yè)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品應(yīng)用程度很高。

（3）我國太陽能光伏領(lǐng)域核心技術(shù)的演化主要呈現(xiàn)以半導(dǎo)體器件領(lǐng)域為核心，逐漸發(fā)展為多個技術(shù)領(lǐng)域共同影響的模式，核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠募夹g(shù)研發(fā)范圍正逐步擴大，并且重心逐漸分散，不僅局限于一個領(lǐng)域，從光伏照明、太陽能電池、光伏建筑一體化等多個技術(shù)方向呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。其中，起步期呈現(xiàn)由一點向外發(fā)散的形態(tài)；成長期進(jìn)入多核階段，一些新的技術(shù)領(lǐng)域脫穎而出；成熟期技術(shù)發(fā)展趨于穩(wěn)定，舊的技術(shù)領(lǐng)域的影響作用正在消減，逐漸向應(yīng)用導(dǎo)向型技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展。

我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)步入成熟階段，按照不同時期分別識別核心技術(shù)領(lǐng)域并進(jìn)行演化分析有利于把握技術(shù)發(fā)展趨勢，探究核心技術(shù)演化規(guī)律，為更好地識別領(lǐng)域發(fā)展重點、進(jìn)行技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

4.2 對策建議

基于研究結(jié)論，提出如下兩點對策建議：

（1）把握技術(shù)成熟期利好條件，政企協(xié)力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。當(dāng)前我國光伏技術(shù)發(fā)展已到成熟階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策體系已經(jīng)形成，技術(shù)壁壘逐漸降低，產(chǎn)業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)沿循前兩個時期的技術(shù)發(fā)展規(guī)律，把握成熟期的技術(shù)發(fā)展特征，在光伏技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新的利好條件下抓緊外部機遇，增強科技研發(fā)投入。相關(guān)部門則可以從重視創(chuàng)新研發(fā)補貼、搭建技術(shù)交流平臺、探索產(chǎn)學(xué)研合作模式等方面，就光伏領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展給予有針對性的科技政策支持，同時重視人才、金融、服務(wù)配套政策建設(shè)，在提升整體創(chuàng)新水平的同時要不斷進(jìn)行光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級改造，延緩技術(shù)飽和期的到來，或在為光伏產(chǎn)業(yè)增添創(chuàng)新活力的同時催生出新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)和發(fā)展模式。

（2）縱向優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，橫向挖掘市場需求。我國光伏領(lǐng)域核心技術(shù)已經(jīng)由最開始的基本器件制造和相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)向了以市場需求為導(dǎo)向的應(yīng)用型技術(shù)領(lǐng)域，在藍(lán)海市場逐漸變?yōu)榧t海市場之時，領(lǐng)域內(nèi)企業(yè)應(yīng)從自身研發(fā)資源、資本投入、技術(shù)發(fā)展水平和風(fēng)險偏好程度出發(fā)，將研發(fā)重點放在光能與電能轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵技術(shù)的效能提升和優(yōu)化升級上，向降低生產(chǎn)及技術(shù)成本、提升投入產(chǎn)出效率的方向進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。此外，還要進(jìn)一步挖掘市場需求，延伸光伏產(chǎn)業(yè)價值鏈、增加附加值，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化升級，在夯實核心技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)的同時滿足市場多樣化需要，使光伏技術(shù)在更多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮效用，推動我國光伏產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向前繁榮發(fā)展。