半球形壳光伏电池结构：有望为可再生能源技术开辟新前景【附太阳能电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

土耳其阿卜杜拉·居尔大学研究人员开创性地重新设计了有机光伏电池的结构，赋予其半球形的外壳，旨在最大限度地提高光吸收和角度覆盖率。这种创新设计有望为可再生能源技术开辟新的前景，相关论文发表在最新一期《能源光子学报》上。在这项研究中，研究人员探测了电池半球形壳活性层内的吸收光谱，通过一种称为三维有限元分析(FEA)的计算技术，详细研究了光如何与电池的结构和材料相互作用。

此次研究的有限元分析结果非常出色。当受到横向电(TE)偏振光的影响时，与扁平结构器件相比，半球形壳结构的光吸收显著增加了66%。同样，对于横向磁(TM)偏振光，光吸收显著增加了36%。与先前报道的半圆柱壳设计相比，半球形壳结构也成为明显的“领跑者”。它拥有TE偏振的光吸收显著增加13%，TM偏振的光吸收显著增加21%。此外，半球形壳结构还具有更广阔的角度覆盖范围，这对于可穿戴电子设备等需要灵活光捕获的应用特别有利。

研究人员表示，随着吸收和全向特性的改善，半球形壳活性层将助力有机太阳能电池的多种应用领域。这种新形状标志着有机太阳能电池设计的重大飞跃，让可再生能源的未来前景更光明。

图片来源：摄图网

技术价值观察

太阳能电池产业链一般包括上游的原材料，如硅片、银浆、纯碱、石英砂等，以及将原材料进行加工，制造成硅棒、硅锭和硅片等;中游分为两大部分，光伏电池板及光伏组件;下游为光伏的应用领域，包括电站系统的集成和运行。目前中国太阳能行业的产业链较为完整，市场需求量大。

研究人员重新设计了光伏电池结构，赋予其半球形的外壳，旨在最大限度地提高光吸收和角度覆盖率。因此，从太阳能电池产业链上看，该技术处于产业链的中游环节。

宏观市场观察

——全球太阳能电池技术周期：仍处于成长期

2010-2020年，全球太阳能电池行业专利申请人数量及专利申请量均呈现波动增长态势。虽然2020年全球太阳能电池行业专利申请人数量及专利申请量有所下降，但是这两大指标数量仍较多。整体来看，全球太阳能电池技术仍处于成长期。

注：当前技术领域生命周期所处阶段通过专利申请量与专利申请人数量随时间的推移而变化来分析。

——全球太阳能电池行业专利申请量及专利授权量：2020年专利数量及授权量均有所下降

2010-2019年全球太阳能电池行业专利申请数量呈现波动增长态势，2020年全球太阳能电池行业专利申请数量有所下降，为4892项。

在专利授权方面，2010-2018年全球太阳能电池行业专利授权数量波动增长，2019年开始出现下降趋势，2020年全球太阳能电池行业专利授权数量为2554项，授权比重为52.21%。

2021年，全球太阳能电池行业专利申请数量和专利授权数量分别为2604项和910项，授权比重为34.95%。截止2022年1月21日，全球太阳能电池行业专利申请数量为42787项。

——下游光伏发电装机容量不断增长

我国太阳能光伏行业虽起步较晚，但发展迅速，尤其是2013年以来，在国家及各地区的政策驱动下，太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。据国家能源局统计数据显示，2017年，我国光伏发电新增装机容量为53.06GW，创历史新高，2018年，受光伏531新政影响，各地光伏发电新增项目有所下滑，全年新增装机容量为44.26GW，同比下降16.58%。受国家光伏行业补贴、金融扶持等政策影响，2020年及2021年光伏装机量大幅回升。2020年，中国光伏新增装机48.20GW，同比增长59.50%。2021年，中国光伏新增装机创新高，达到54.88GW，同比增长13.96%。2022年，中国光伏新增装机再创新高，达到87.41GW，同比增长59%。

据国家能源局统计数据显示，2013年以来，我国光伏发电累计装机容量增长迅速。2013年，全国光伏发电累计装机容量仅为19.42GW，到2019年已经增长至204.58GW。在2013-2019年，全国光伏发电累计装机容量已超过10倍增长。截至2021年，全国光伏发电累计装机306.56GW，同比增长20.96%。2022年，全国光伏发电累计装机393.97GW，同比增长29%。

——太阳能电池产量情况

从我国太阳能电池生产数量来看，我国太阳能电池产量从2015年以来受需求端快速增长的推动下，不断增长，保持较高的行业增速，2020年受疫情影响，行业产量增速也仅是较2019年小幅下降，2021年1-11月，我国太阳能电池产量已达到21113.5万千瓦，已超过2020年全年的数据。

前瞻认为2021年全年我国太阳能电池行业产量将出于碳中和碳达峰战略的推动以及全球对环保能源需求的快速增加，行业产量将突破23000万千瓦。在随后的几年，我国太阳能电池行业虽然将受国家补贴下滑的负面影响，但由于整体绿色能源市场需求潜力巨大，因此太阳能电池需求仍将快速增长。前瞻预计2027年，我国太阳能电池产量将达到85000万千瓦，年复合增速约30%。

中国太阳能电池技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与太阳能电池关键技术强关联的城市集群主要集中在华东和华南地区，并且以江苏、广东省为重点发展区域，未来布局太阳能电池技术及其他相关技术的发展路径，极大可能性在于华东华南优先导入，其中可重点关注江苏省扬州市高邮市、广东省深圳市福田区、龙华区、宝安区所处太阳能电池的相关企业，以及该地方对于太阳能电池的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

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更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国太阳能电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

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