李建生講座課件

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我校在太陽能電池方面的核心發(fā)明專利簡介

報告人:(教授、科技特派員)

2目錄1.太陽能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和技術瓶頸2.我校在太陽能電池方面的核心發(fā)明專利簡介3.知識產權戰(zhàn)略和發(fā)明專利申請交流4.太陽能高效利用合作開發(fā)課題鍍增透膜玻璃太陽疫苗冰柜雙面太陽電池1.太陽能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和技術瓶頸

1.1太陽能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利和高效等特點，已成為世界各國大力發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，硅太陽能電池占全球光伏發(fā)電市場約90%的份額。中國大陸太陽能電池產量占全球產量的60%左右。2013年中國太陽電池組件產量約

26GW，同比增長13%，連續(xù)7年位居世界首位。2013年中國新增太陽能發(fā)電裝機量超

12GW，累計裝機量超

20GW。目前單晶硅太陽能電池的實驗室光電轉換效率已經從20世紀50年代末的10%提高到目前的25%，多晶硅太陽能電池的實驗室光電轉換效率也達到20.4%。最高光電轉換效率不斷刷新，美國已達到40.2%，日本利用量子點的理論模擬值達到75%。3太陽能建筑太陽能空調太陽能汽車有光就有電5太陽能發(fā)電并網系統(tǒng)發(fā)電直接上網,系統(tǒng)相對簡單，包括太陽能電池組件、逆變器和控制開關;賣電價格按國家補貼價,0.9-1.0元/度，用電價格按當?shù)厥袃r,0.4-0.6元/度，但需要辦入網許可。太陽能發(fā)電獨立系統(tǒng)帶有蓄電池,系統(tǒng)相對復雜，包括太陽能電池組件、蓄電池、逆變器、插座和控制開關，設備成本1.0-1.3萬元/KW;蓄電池設計壽命僅3-5年,大大低于太陽電池設計壽命25年。硅光電池光譜響應圖太陽光光譜圖1.2太陽能發(fā)電的技術瓶頸6目前太陽能發(fā)電成本仍是傳統(tǒng)能源發(fā)電成本的3-8倍，太陽能發(fā)電成本決定著太陽能電池大規(guī)模應用推廣的速度。降低太陽能發(fā)電成本的關鍵是提高太陽能電池的光電轉換效率和制造成本。影響晶體硅太陽能電池效率的主要因素是光學損失和電學損失兩個方面。光學損失主要是光反射、光遮擋損失和電池材料本身的光譜效應特性。目前太陽能電池主要對太陽光中的可見光靈敏，紫外光和紅外光照射使電池發(fā)熱而降低光電效率，采用納米光轉換技術可成倍提高太陽能電池光電轉換效率。影響制造成本的主要因素是原料成本和制造工藝技術的復雜程度。太陽能電池市場和原材料兩頭在外局面仍然未能根本改變，一遇到西方國家的“雙反”就使大批生產企業(yè)停產倒閉,而許多高附加值材料長期依賴進口，嚴重影響生產成本降低。例如，太陽能電池電極銀漿成本占組件成本的17%，幾乎完全依賴進口。太陽能電池受使用環(huán)境影響大，在沙塵和有機污染污存在下，效率降低10%-30%，維護管理成本較高。進一步大幅提高光電轉換效率的技術難度極大，難有革命性的改進措施，許多改進措施缺乏經濟性，需要從點滴技術改進積累入手提高光電轉換效率。電池受灰塵污染電池受尾氣污染電池受復合污染反傾銷反補貼調查本發(fā)明太陽能玻璃自清潔減反射涂料中以聚合二氧化硅作為減反射主要組分，低反射二氧化鈦作為減反射輔助組分和光催化劑，摻銻二氧化錫、磷酸鈦、磷酸硅、磷酸、磷酸錫銻作為自清潔增效劑、抗靜電劑和減反射膜強化劑，以去離子水為溶劑。本發(fā)明涂料生產方法是在硅酸乙酯水解生成的疏松二氧化硅核上包覆銳鈦型納米二氧化鈦光催化劑和摻銻二氧化錫抗靜電劑和其它增效劑組分，從而解決了現(xiàn)有太陽能玻璃減反射涂料的增透性和自清潔性能相互抵消的問題，可提高和穩(wěn)定太陽能電池的發(fā)電效率，見附件專利說明書。圍繞本核心發(fā)明專利,還申請了相關專利—一種太陽能玻璃減反射防污涂料及其生產方法(CN103627226A,2014-03-12)采用磷酸二氫鋁為涂料固化劑，提高了鍍膜玻璃的耐候性。自清潔涂料自清潔鍍膜玻璃自清潔太陽電池102.2硅太陽電池自清潔減反射光轉換多功能涂料

目前太陽電池的最高光電轉換效率僅25%，主要原因是太陽電池對占總能量58%的紫外光和紅外光響應很差。硅納米晶或某些稀土熒光材料可以吸收紫外光發(fā)射可見光從而實現(xiàn)光波長轉換，通常稱為下轉換發(fā)光。一般無機熒光材料需要在1000℃以上活化才能熒光發(fā)光，而稀土銪（Eu3+）或(Tb3+)在玻璃鋼化溫度下處理就能熒光發(fā)光。日立化成公司在太陽能電池封裝用EVA膜中添加丙烯酸樹脂包裹的紫外光轉換材料，可提高光電轉換效率2.2%。因為紫外光易為玻璃所吸收，能入射到光轉換膜的紫外光很少，其商業(yè)化應用時光轉換產生的效果降低。國外專利也設計將下轉換材料添加到電池背板材料中，在光反射的過程中實現(xiàn)紫外光轉換，同樣存在已被玻璃吸收的問題。太陽光譜圖紫外熒光材料電池組件結構項目組針對現(xiàn)有技術存在的問題,還開發(fā)一種太陽能電池玻璃自清潔減反射光轉換多功能涂料專利產品（CN103627227，2014-03-12），在太陽電池玻璃涂料中添加稀土熒光材料，將太陽光譜中近紫外光轉換為可見光，提高太陽電池光電轉換效率2.5%-5.0%。該項目已獲得天津市科委科技特派員專項資金支持開發(fā)。本發(fā)明以納米二氧化硅作為減反射材料，采用鉍(Bi)鋱(Tb)摻雜二氧化鈦光催化劑,它同時還作為自清潔材料、光轉換材料和減反射輔助材料。涂料膜層自清潔和光轉換功能的激活與玻璃鋼化同步完成,避免了納米粉體材料高溫活化時的凝聚燒結,簡化了制備工藝。本發(fā)明在少量光催化劑存在下和太陽光照射下就能實現(xiàn)自清潔減反射光轉換功能，穩(wěn)定和提高太陽電池玻璃透光率，見附件專利說明書。11玻璃自清潔原理發(fā)明專利申請多功能玻璃電池2.3硅太陽電池低成本包銀銅粉和導電漿料

在光照的條件下太陽能電池產生電流，通過柵線和電極將電收集起來并傳輸出去。電極是將鋁漿絲網印刷在硅片背面，將銀漿印在硅片正反面燒結制成的。太陽能電池正面銀漿主要由銀粉、玻璃粉粘合劑、有機載體和添加劑四部分組成，銀粉作為導電介質占銀漿質量的75%，決定銀漿的電性能。玻璃粉在高溫時熔融，蝕刻減反射膜，并在硅基片和銀電極間形成連接。正面銀漿比背面銀漿技術要求高：1）能夠穿透減反射膜；2）高寬比大,高導電性能；3）高的線分辨率,光遮擋??；4）有良好的焊接性能,目前還沒有國產正面銀漿。項目組開發(fā)了一種硅太陽能電池正面電極無鉛銀漿及其制備方法(24,2014-09-17),它不含有玻璃粉，其成分為微細銀粉、減反射膜腐蝕劑、有機載體及添加劑，能夠降低電極與硅片接觸電阻，提高了電池的電性能電池側視圖正面電極背面電極柵線正面電極銀漿顯微電極柵線太陽能電池導電銀漿由于原料銀粉成本較高，期望能開發(fā)出低成本的復合導電漿料,以減少貴金屬用量。項目組又開發(fā)了低成本的包銀銅粉和導電漿料專利技術（24，2014-08-29），以銅為核、銀為殼、中間層為銅-錫-銀合金的球形微細金屬粉為導電組分，其導電性能與高純銀粉漿料相當，可大大降低電漿料成本。本發(fā)明銀包銅粉由乙醛酸或乙二醛為還原劑在堿性條件下，分步還原硫酸銅、硫酸亞錫和硝酸銀溶液制得。其銀層包覆結構完整致密，抗氧化性良好。當銀包銅粉中銀的質量百分比達到30%時，在700-800℃燒結溫度下和20分鐘燒結時間下幾乎無氧化增重現(xiàn)象,見附件專利說明書。圍繞本核心發(fā)明專利,還申請了銀粉制備的相關專利,一種太陽能電池導電銀漿用高密度銀粉的生產方法;一種太陽能電池高密度單分散的生產方法等。14球形銀粉照片銀粉顯微照片顯微正面銀電極152.4太陽能污水凈化裝置

大中城市景觀河道水污染比較嚴重，自凈化能力差，定期清淤后不久河道又會出現(xiàn)了大面積的淤積，污染治理成本高。利用太陽能電池發(fā)電，電能帶動水泵抽取河道底層貧氧水至水面，加快水體表面氧更新，降低水體的COD、BOD和氨氮含量，可實現(xiàn)河道水體自我修復。若將多余電能蓄存于蓄電池中，可夜間照亮河道作為景觀。太陽電池用于景觀河道，可有效提高河道自凈化能力，降低治污成本，節(jié)約景觀用水和提高環(huán)境質量。圍繞該思路可進行一系列改進和創(chuàng)新。項目組一種太陽能污水凈化裝置獲得專利授權，2013年獲得天津市科技型中小企業(yè)創(chuàng)新基金支持，現(xiàn)進入產業(yè)化開發(fā)階段。太陽河道景觀太陽污水自凈化太陽自凈化原理太陽荷塘凈化2.6太陽能利用奇思妙想17目前太陽能成本高于傳統(tǒng)能源成本，但隨著人們生活水平不斷和環(huán)保意識的提升，求新求異的消費理念在高端消費群體中逐步形成，太陽能利用新產品已具有一定的市場份額，發(fā)展空間廣闊。太陽能利用新產品開發(fā)是個漫長的過程，可以在國家政策支持下引導消費，邊開拓市場，邊改進技術，用市場需求刺激新技術開發(fā)，加快形成良性循環(huán)。這需要更多太陽能利用的奇思妙想，一項現(xiàn)在還不起眼的專利或許將來能獲得巨大財富，以下創(chuàng)意或許可以激發(fā)您的靈感或開拓您的設計思路。太陽電池遮陽傘太陽電池停車場太陽電池游覽車太陽電池游艇太陽電池飛機太陽電池自行車海上太陽能發(fā)電太陽電池電腦18太陽電池背心草原太陽電池碼頭太陽電池太陽電池車站太陽電池水泵太陽電池樹追日太陽電池太陽電池圍欄太陽電池提包太陽電池路面太陽電池牙刷太陽電池帽子太陽能滅蚊燈太陽電池冰柜太陽電池建筑太陽電池空調3.知識產權戰(zhàn)略和發(fā)明專利申請交流

3.1知識產權戰(zhàn)略

“技術創(chuàng)新專利先行”，太陽能高效利用是近年發(fā)展起來的新興產業(yè)，相關專利還沒有為國外公司全面覆蓋，專利的數(shù)量和質量也是一個單位科技實力的象征，應及早進行專利布局，以免今后技術受制和交納大筆專利費用,長期為國外公司打工。國內雖然知名的太陽能電池公司很多，盡管其生產設備是國際一流的，但自身擁有的發(fā)明專利并不多，需要高價購買國外專利。國內發(fā)明專利主要在高校和科研單位，專利技術將是未來產學研合作的紐帶和砝碼。國家提倡全民創(chuàng)業(yè)，專利產品體現(xiàn)“人無我有，人有我新”，容易獲得投資者青睞，容易獲得政策性融資，容易樹立企業(yè)品牌，比較容易開拓應用市場。19知識產權發(fā)展的五個階段日本已完成向自主知識產權轉變韓國開始發(fā)展自主知識產權創(chuàng)新是民族發(fā)展的靈魂發(fā)明專利說明書內容包括:所屬領域技術背景（現(xiàn)有技術、前人采取的改進方法、仍存在的問題和不足）發(fā)明內容（發(fā)明目的、采取的技術方案、產生的有益效果）附圖（直觀表述，可無）實施例（典型實例，可無）。發(fā)明專利能否授權關鍵在新穎性和創(chuàng)造性，新穎性的審查要點是與現(xiàn)有技術逐一對比都不相同；創(chuàng)造性的審查要點是與現(xiàn)有技術綜合對比不能簡單推斷和組合出來，必須有實質性區(qū)別。目前中國發(fā)明專利授權比例僅20%左右，發(fā)明人需要了解知識產權法規(guī)才好獲得授權。專利代理人不可能包攬發(fā)明工作，價值一般的發(fā)明專利，還應考慮是否值得支付昂貴的代理費用。21224.太陽能高效利用合作開發(fā)課題

項目組已獲得企業(yè)資助40萬元以及天津市科委科技特派員專項資助，為進一步開發(fā)和獲得資助打下了基礎。根據產學研項目合作協(xié)議需要