目前，能源消耗主要來自于化石燃料，由于化石燃料儲(chǔ)量有限以及所帶來的環(huán)境污染問題，人們開始把目光投向可再生能源。在諸如風(fēng)能、生物能、潮汐能、水力電氣和地?zé)岬拳h(huán)境友好、可再生的能源中，太陽能的應(yīng)用前景最為廣闊。伴隨著1954年第一個(gè)實(shí)用性的半導(dǎo)體太陽能電池的問世，標(biāo)志著太陽能電池的發(fā)展開始起步；而石墨烯是理想的太陽電池導(dǎo)電電極材料，通過在太陽能電池中引入石墨烯材料，有效地提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　基于太陽能電池行業(yè)發(fā)展的需求以及石墨烯修飾太陽能電池技術(shù)的研究進(jìn)展，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項(xiàng)目石墨烯電池課題組從石墨烯太陽能電池的專利布局、技術(shù)動(dòng)向、研發(fā)團(tuán)隊(duì)三個(gè)視角出發(fā)，對石墨烯太陽能電池技術(shù)進(jìn)行了深度剖析。

　　PART 1——專利布局

　　石墨烯太陽能電池技術(shù)的申請量在全球和中國增長迅速，專利布局以中國、美國、日本和韓國為主，美國、日本和韓國也在中國積極布局，江蘇、北京等省市是國內(nèi)申請的主要來源。

　　全球石墨烯太陽能電池的專利申請從2007年的3件，經(jīng)過5年的發(fā)展，迅速增加到了2012年的169件，整體呈現(xiàn)出迅速上升的態(tài)勢。中國石墨烯太陽能電池的年度專利申請量的增長態(tài)勢與全球類似，也是逐年穩(wěn)步上升。

　　石墨烯太陽能電池全球?qū)＠暾堉饕獊碜灾袊浯问琼n國、美國和日本，這表明石墨烯太陽能電池的主要市場國是中國、韓國、美國和日本。石墨烯太陽能電池中國專利申請中有37%是國外在華申請，主要來自美國、韓國、日本，這說明美、日、韓在中國積極進(jìn)行了專利布局。中國石墨烯太陽能電池專利申請的國內(nèi)申請人主要來自江蘇、北京等地區(qū)，而江蘇和北京正是相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)分布密集的地區(qū)關(guān)注，這說明石墨烯太陽能電池作為一項(xiàng)新興技術(shù)受到了國內(nèi)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和大專院校的廣泛關(guān)注。

　　PART 2——技術(shù)動(dòng)向

　　石墨烯在染料敏化電池和半導(dǎo)體薄膜電池等技術(shù)中的應(yīng)用是全球研發(fā)熱點(diǎn)，國內(nèi)的另一研發(fā)熱點(diǎn)——異質(zhì)結(jié)光伏電池可視為是中國特色。

　　如圖1所示，全球石墨烯太陽能電池專利技術(shù)主要集中在染料敏化電池、半導(dǎo)體薄膜電池、硅基電池技術(shù)，共有224項(xiàng)專利申請；其次是通用類太陽能電池，其包括可用于多類太陽能電池中的通用部件，共有197項(xiàng)專利申請；其余申請量比較大的還有有機(jī)聚合物類太陽能電池，共有57項(xiàng)。整體上來說，目前石墨烯太陽能電池的研究重點(diǎn)還是集中在染料敏化電池、半導(dǎo)體薄膜電池、硅基電池、以及可用于多類太陽能電池中的通用部件等方面。

 

　　中國石墨烯太陽能電池專利技術(shù)分布與全球?qū)＠夹g(shù)分布基本類似，但還存在一個(gè)明顯的差異，在國內(nèi)，異質(zhì)結(jié)光伏電池也具有較高的申請量，異質(zhì)結(jié)光伏電池共有20項(xiàng)。

　　就中國石墨烯太陽能電池專利申請的技術(shù)功效而言，如圖2所示，其中可以實(shí)現(xiàn)提高光電轉(zhuǎn)換效率目的的專利申請最多，其次是提高導(dǎo)電性和提高光吸收率的專利申請，然后是降低生產(chǎn)成本的專利申請，用于提高功率密度和短路電流的專利申請最少。雖然有較多的專利申請中石墨烯僅是作為一種可選的碳材料，但是石墨烯由于其具有眾多出色的性能，尤其是具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，在太陽能電池領(lǐng)域越來越受到研發(fā)人員的關(guān)注。

 

　　石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池專利申請主要涉及光陽極的基底、光陽極的導(dǎo)電層/導(dǎo)電薄膜、對電極的基底、對電極的催化層、電解質(zhì);專利申請從2008年起步，在2010之后出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長。相關(guān)專利申請的技術(shù)原創(chuàng)國主要來源于四個(gè)國家或地區(qū)，分別是韓國、中國、美國和日本，而專利布局的目標(biāo)市場也主要是中國、韓國、美國和日本。授權(quán)比例較高，占已經(jīng)結(jié)案的專利申請量的78%，這表明石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池領(lǐng)域的專利申請具有較高的創(chuàng)新度。主要申請人是韓國的UNIV SEOUL IND COOP GROUP和KOREA INST SCI & TECHNOLOGY、中國的中科院，而最有影響力的申請人是三星集團(tuán)，其擁有石墨烯修飾的染料敏化太陽能電池的基礎(chǔ)專利US2009071533A1。

PART 3——研發(fā)團(tuán)體

　　全球主要研發(fā)團(tuán)體集中在中國、韓國、美國、日本，中國國內(nèi)申請人以大學(xué)等研發(fā)機(jī)構(gòu)為主，國外來華申請人則以韓國為主。

　　如圖3所示，中國科學(xué)院的專利申請位居首位，國外專利申請人主要是韓國的國際知名跨國公司和科研院所，中國有四位申請人入選，包括一家國家級(jí)科研機(jī)構(gòu)、兩所知名大學(xué)和一家企業(yè)。中國石墨烯太陽能電池專利技術(shù)的主要申請人是中國科學(xué)院、海洋王、電子科技大學(xué)和清華大學(xué);國外來華主要申請人是韓國浦項(xiàng)工科大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)團(tuán)。中國的主要申請人包括大學(xué)、科研院所和企業(yè)，國外來華主要申請人是科研院所。

 

　　中國科學(xué)院石墨烯太陽能電池專利申請同時(shí)覆蓋半導(dǎo)體薄膜類、染料敏化類、異質(zhì)結(jié)類、通用類、硅電池類、量子點(diǎn)敏化類、和有機(jī)聚合物類，其中半導(dǎo)體薄膜類石墨烯太陽能電池專利申請量居于首位，染料敏化類占據(jù)第二，異質(zhì)結(jié)類和通用類并列第三。

　　如圖4所示，中國科學(xué)院物理研究所孟慶波團(tuán)隊(duì)的研發(fā)重點(diǎn)是鈣鈦礦基薄膜類和燃料敏化類石墨烯太陽能電池。

 

　　三星集團(tuán)石墨烯太陽能電池專利申請包括通用類、半導(dǎo)體薄膜類、染料敏化類和有機(jī)聚合物類，其中研發(fā)重點(diǎn)是通用類石墨烯太陽能電池，集中在2010-2013年。

　　如圖5所示，三星集團(tuán)的合作申請占總量的42%，包括大學(xué)和個(gè)人，合作申請人前三位是韓國成均館大學(xué)、韓國漢陽大學(xué)和韓國金烏國立科技學(xué)院，其中韓國成均館大學(xué)占合作申請總量的63%。

 

　　如圖6所示，三星集團(tuán)在該領(lǐng)域最重要的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是以CHOI J.為中心的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，CHOI J. Y.和CHOI W.是該團(tuán)隊(duì)的骨干成員，該團(tuán)隊(duì)的研發(fā)重點(diǎn)是通用類石墨烯太陽能電池。

 

　?。▏抑R(shí)產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項(xiàng)目石墨烯電池課題組）

小編以“石墨烯太陽能”為關(guān)鍵詞搜索相關(guān)發(fā)明專利，其中中國發(fā)明專利40項(xiàng)，中國實(shí)用新型31項(xiàng)，現(xiàn)舉例如下：

　　1.一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的路燈 發(fā)明專利 在審

 

　　摘要：本發(fā)明公開了一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的路燈，屬于太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的路燈，包括基座、石墨烯太陽能電池組、燈泡、蓄電池、導(dǎo)線，其特征在于，所述的基座上設(shè)置有支架，所述支架與所述基座固定連接，所述基座與所述的石墨烯太陽能電池組固定連接，所述蓄電池上開有多個(gè)輸入端和至少一個(gè)輸出端。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：不需要借助輸電線路，路燈通過自身的石墨烯太陽能電池組將太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，然后蓄電池作為電源給燈泡供電，結(jié)構(gòu)簡單，使缺少輸電線路的偏遠(yuǎn)地區(qū)或者沙漠地區(qū)的道路也可以照亮。

　　2. 一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔 發(fā)明專利 在審

　　摘要：本發(fā)明公開了一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔，屬于新能源利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于石墨烯太陽能發(fā)電系統(tǒng)的照明燈塔，包括發(fā)電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)包括石墨烯太陽能電池板、傳感器、充電控制器、深循環(huán)蓄電池組組成。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：一是采用石墨烯作為太陽能光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體材料，提高了太陽能光電轉(zhuǎn)換的效率;二是在發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)置有充電控制器，在發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障或根據(jù)需要切斷發(fā)電系統(tǒng)的電路，從而保護(hù)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng);三是照明系統(tǒng)加裝逆變器，將深循環(huán)蓄電池組輸出的電能轉(zhuǎn)換成符合要求的交流輸出供給照明系統(tǒng)使用。