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有机光伏电池专利技术简析

光伏发电是绿色新能源中重要的组成部分,而光伏电池则是光伏发电的核心组件。目前广泛使用的光伏电池主要基于晶体硅,但是其存在成本高、生产过程污染大等缺点。随后出现的薄膜光伏电池(非晶硅、铜铟镓硒、碲化镉)在性能、成本、环境友好等方面依然存在不足。 目前广泛研究的新型光伏电池包括有机光伏电池、钙钛矿型光伏电池、量子点光伏电池等,其中有机光伏电池在今年连续取得重大突破,有望率先实现商业化应用。本文将基于专利数据分析,对有机光伏电池技术发展趋势与现状进行梳理。

1、技术简介

有机光伏电池由有机材料构成核心部分,是以有机半导体作为实现光电转换活性材料的光伏电池。其具有以下优点。

(1)原料廉价。与无机光伏电池相比,有机半导体原料来源更广泛和廉价,更易于大量制造。

(2)工艺简单。有机物提纯加工简便,易与油墨混合,可以通过蒸镀、涂覆、喷涂或印刷等多种方式生产。

(3)环境友好。生产过程中不涉及有毒物质,对环境污染远低于无机光伏材料,生产中的能耗也更低。

(4)柔性电池。有机材料可以设置于塑料、陶瓷等多种柔性或非柔性衬底,可制造大面积、超薄的柔性光伏电池。

有机光伏电池专利技术简析

图1. 柔性有机光伏电池

(5)半透明电池。有机光伏电池可制成具有较高透光度的半透明电池,并可施加多种颜色。

有机光伏电池专利技术简析

图2. 半透明有机光伏电池

虽然具有以上这些优点,但是有机光伏电池存在的两大缺点严重限制了其商业化应用。

(1)转化效率低。由于有机材料载流子迁移率低,且有机半导体吸收光谱与太阳光谱不够匹配,使得其光电转化效率较低。

(2)耐久性不足。有机半导体材料在氧气和水存在条件下稳定性不足,难以实现较长使用寿命。

2、专利数据分析

基于Incopat专利数据库,截止2018年10月25日共检索到全球范围内涉及有机光伏电池的专利申请6655项。

(1)申请量趋势分析</