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非富勒烯太阳能电池发展现状(三)

供稿人:汪逸丰  供稿时间:2019-6-5   关键字:非富勒烯  太阳能电池  专利分析  

专利现状分析

目前,非富勒烯聚合物太阳能电池正处于技术萌芽期,主要集中于非富勒烯受体材料及其匹配的聚合物给体材料的研究,其专利发展近几年才开始增多,总体体量很小。对非富勒烯聚合物太阳能电池的相关专利情况进行检索分析可见,非富勒烯成为热点始于2013年以后,且中美已成为该领域研发热情最高的区域,但就专利公开数量而已,美国仍占据较多数量。为了非富勒烯太阳能电池的制高点为谁所占,仍有待技术研究的进一步深入。 

(一)专利发展历程

非富勒烯太阳能电池的研究是新近才萌生的研究领域,虽然其专利文献历史可追述到1992年,但真正成为热点是自2013年以后才开始,且专利数量少,只处于技术的萌芽期。根据Derwent Innovation专利数据库的数据检索结果,截至2019年1月1日,全球与非富勒烯相关的公开专利文献总共只有490份,并且超过60%都出现在2013年以后,其中2018年达到149份,占总数的30.4%,较2017年增长224%,表明这是一个迅速增长的领域。申请专利数量的年度变化与之相似。(见图1)但是从体量来看,在全球范围内,有关非富勒烯的专利数仍然相当少,表明这是一个新兴萌芽领域,尚处于科技前沿研究阶段,并未付诸于应用。

图1 非富勒烯专利年度公布与申请情况(截至2019年1月1日)

 数据来源:Derwent Innovation,2019。

(二)技术领域构成

从技术领域分布来看,非富勒烯材料的主要研究方向主要是半导体等高分子化合物的研究。对全球所有相关专利的IPC号进行分类汇总和文献排序可见,文献计数最多的专利IPC号分别是H01L(半导体器件),文献计数达到226件,数量明显多于其他类别,达到专利总数的24.81%,其他占比较多的类别还有C07D(杂环化合物);C01B(非金属元素及其化合物);A61K(医用、牙科用或梳妆用的配制品);C07C(无环或碳环化合物);C08G(用碳-碳不饱和键以外的反应得到的高分子化合物)等,文献计数分别为94、83、59、45和44件,占比分别为10.32%、9.11%、6.48%、4.94%和4.83%。其他相关专利的IPC号也多与半导体、高分子材料等相关。(见图2)

图2 非富勒烯材料的重点技术领域分布

 数据来源:Derwent Innovation,2019。(注:数据截至2019年1月1日)

 表1 非富勒烯材料的前20位IPC号分类

排名

IPC(4个字符)

分类号含义

1

H01L

半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件

2

C01B

非金属元素;其化合物

3

C07D

杂环化合物

4

A61K

医用、牙科用或梳妆用的配制品

5

C07C

 无环或碳环化合物

6

C08G

用碳-碳不饱和键以外的反应得到的高分子化合物

7

B01J

化学或物理方法,例如,催化作用、胶体化学;其有关设备

8

C08L

 高分子化合物的组合物

9

A61Q

化妆品或类似梳妆用配制品的特定用途

10

A61P

化合物或药物制剂的特定治疗活性

11

B82Y

纳米结构的特定用途或应用;纳米结构的测量或分析;纳米结构的制造或处理

12

H01B

电缆;导体;绝缘体;导电、绝缘或介电材料的选择

13

B01D

分离的物理或化学的方法或装置

14

C08K

使用无机物或非高分子有机物作为配料

15

H01M

用于直接转变化学能为电能的方法或装置,例如电池组

16

F23C

使用流体燃料的燃烧方法或设备

17

C07F

含除碳、氢、卤素、氧、氮、硫、硒或碲以外的其他元素的无环,碳环或杂环化合物

18

C09K

不包含在其他类目中的各种应用材料;不包含在其他类目中的材料的各种应用

19

C08F

仅用碳-碳不饱和键反应得到的高分子化合物

20

C07K

资料来源:国家知识产权局。

(三)区域格局分析

从专利的地区分布来看,除去世界知识产权局(WO)及欧洲专利局(EP)授权范围内公开的专利,中国已成为非富勒烯研究最活跃的地区,专利公开量达到146件,占比近30%,居全球之首;其次是美国,达到125件,占比25.15%。同时,日本、韩国、加拿大、澳大利亚、印度在此领域也有所建树,专利公开量分别为29件、13件、11件、6件和6件。此外,英国、巴西和俄罗斯等国也有所染指。(见图3)

图3 非富勒烯公开专利的地区分布

 


数据来源:Derwent Innovation,2019。(注:数据截至2019年1月15日)

(四)竞争机构排名

目前,非富勒烯太阳能电池的研究尚在萌芽期,但已有一些相关专利问世,申请专利的机构以美国居多。检索数据显示,全球专利数排名前20位的专利权/申请人(首位)中,有一半是美国的高校或企业,其中,排名首位的是世界领先的美国聚合物太阳能电池生产商Nano C公司,还包括位于马萨诸塞州的太阳能公司科纳卡技术公司(Konarka Technologies)、纳米科技公司C Sixty以及斯坦福大学等。除了美国的机构外,排名前20位的国外专利权人主要集中在日、韩和欧洲企业中,其中包括韩国最具代表性的化学企业——LG化学公司,德国的默克专利有限公司,日本zeon株式会社、TDK株式会社和住友化学株式会社,荷兰Solenne BV公司等。我国在非富勒烯研究领域也占有一席之地,专利权人主要是高校和科研院所,排名前20位的我国机构共有4家,分别是南京邮电大学、由东莞市人民政府与华南理工大学合作共建的华南协同创新研究院、苏州大学以及中科院化学所。(见表2)

表2 非富勒烯专利权人/申请人(首位)前二十位排名

序号

专利权/申请人(首位)

所在国/地区

文献数

占比

1

NANO C公司

美国

32

9.01%

2

LG化学

韩国

25

7.04%

3

默克专利有限公司(Merck Patent GMBH)

德国

19

5.35%

4

日本zeon株式会社

日本

12

3.38%

5

科纳卡技术公司(Konarka Technologies)

美国

11

3.10%

6

C Sixty公司(C SIXTY INC)

美国

11

3.10%

7

斯坦福大学

美国

10

2.82%

8

材料与电子化学研究公司(Materials and Electrochemical Research Corporation)

美国

9

2.54%

9

Luna创新公司

美国

8

2.25%

10

南京邮电大学

中国

8

2.25%

11

加州大学

美国

7

1.97%

12

华南协同创新研究院

中国

7

1.97%

13

TDA研究公司(TDA Research Inc)

美国

6

1.69%

14

中科院化学研究所

中国

6

1.69%

15

苏州大学

中国

6

1.69%

16

Solenne BV公司

荷兰

5

1.41%

17

日本TDK株式会社

日本

5

1.41%

18

住友化学株式会社 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.)

日本

5

1.41%

19

莱斯大学(William Marsh Rice University)

美国

5

1.41%

20

华盛顿大学

美国

4

1.13%

数据来源:Derwent Innovation,2019。(注:数据截至2019年1月15日)

参考文献:

1、蒋旭东.基于非富勒烯受体材料的有机太阳能电池器件性能研究[D] . 北京交通大学,2018

2、苏强. 非富勒烯有机受体/共轭聚合物太阳能电池研究[D]. 兰州大学,2016

3、张少青,侯剑辉. 面向非富勒烯型有机光伏电池的聚合物给体材料设计[J]. 物理化学学报,2017,33(12):2327-2338

4、韩杰. 非富勒烯有机太阳能电池研究现状[J]. 电子世界,2018,125-126

5、屈扬坤,周林,肖胜雄. 一个飞速发展的领域:非富勒烯有机太阳能电池受体材料[J]. 上海师范大学学报(自然科学版),2016,45(6):765-773

 


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