研究人员创造出FIDO材料：有望提高下一代太阳能电池耐用性【附太阳能电池技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

由日本名古屋大学研究人员领导的一个小组创造了一种基于富勒烯茚满酮(FIDO)的材料，该材料有望提高下一代太阳能电池的耐用性。耐久性一直是其实际应用和商业化的最大障碍之一。研究人员在《美国化学会杂志》上发表了他们的发现。

下一代太阳能电池可能会使用钙钛矿电池。这些基于晶体的电池效率很高，甚至可以在弱光条件下在室内发电。它们也比传统的硅太阳能电池更轻、更灵活。因此，它们更适合安装在垂直表面上，例如窗户和墙壁。

这些太阳能电池的许多独特性能都来自富勒烯(C 60)。其独特的形状类似于足球，使富勒烯一眼就能辨认出来。富勒烯是碳基半导体，可以引导电子来发电，这使得它们对于有机电子产品至关重要。研究人员可以将有机分子附着到富勒烯上以增强其电子功能，从而创造出具有不同特性的衍生物。

未来社会创新研究所的Yutaka Matsuo 教授领导的团队将茚满酮添加到富勒烯中以创建FIDO。茚满酮是反应中有用的化合物。它具有独特的稠环结构，可在富勒烯和茚满酮的苯部分之间形成牢固的碳连接。这使得即使在加热时也具有出色稳定性的布置。

使用FIDO，Matsuo和他的合作者控制了薄膜，以产生非晶材料，而不是目前使用的硅太阳能电池中更常见的晶体材料。非晶态材料比精心组织的晶体具有更随机的结构。这种随机性允许通过调整沉积条件和调整膜的电特性来设计非晶膜，使其具有特定的性能，以满足太阳能电池技术的要求。

该小组看到了他们的技术的一系列用途。Matsuo表示，这些富勒烯衍生物预计不仅用于钙钛矿太阳能电池，还用于光电转换元件，如有机光电二极管和有机光电探测器。有机光电探测器有助于相机中成像传感器的高分辨率，并将用于智能手机显示屏上的指纹认证，允许手指触摸屏幕的任何部分解锁。

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;下游为太阳能电池，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。

研究人员创造出基于富勒烯茚满酮(FIDO)的材料，有望提高下一代太阳能电池的耐用性。因此，从太阳能电池产业链上看，该技术处于产业链的上游原材料环节。

宏观市场观察

——全球太阳能电池行业专利申请量及专利授权量

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。

——全球太阳能电池行业专利法律状态

目前，全球太阳能电池大多数专利处于“有效”状态，“有效”太阳能电池专利总量为33308项，占全球太阳能电池专利总量的78%。审中的太阳能电池专利数量和PCT制定期内的太阳能电池专利数量分别为9164项和315项，占全球太阳能电池专利总量的21%和1%左右。

——全球太阳能电池行业专利类型

在专利类型方面，目前全球有30565项太阳能电池专利为发明专利，占全球太阳能电池专利申请数量最多，为71.57%。实用新型太阳能电池专利和外观设计型太阳能电池专利数量分别为9975和2168项，分别占全球太阳能电池专利申请数量的23.36%和5.08%。

——中国太阳能电池片产量快速提高，占全球比重逼近九成

2011年以来，我国太阳能电池片产量规模稳步提升。据中国光伏协会统计数据显示，2021年中国电池片产量为198GW，较2020年的135GW增长46.9%。2022年上半年，国内电池片产量约135.5GW，同比增长46.6%。

2015-2021年，中国太阳能电池片产量占全球的比重逐年上涨。2015年中国太阳能电池片产量占据了全球的66.62%，2021年已经提高至88.43%，产量规模在全球属于独一档的领先地位。

——N型电池是发展方向之一

2020年，规模化生产的P型单晶电池均采用PERC技术，平均转换效率达到22.8%，较2019年提高0.5个百分点;采用PERC技术的多晶黑硅电池片转换效率达到20.8%，较2019年提高0.3个百分点;常规多晶黑硅电池则效率提升动力不强，2020年转换效率约19.4%，仅提升0.1个百分点，未来效率提升空间有限;铸锭单晶PERC电池平均转换效率为22.3%，较单晶PERC电池低0.5个百分点;N型TOPCon电池平均转换效率达到23.5%，异质结电池平均转换效率达到23.8%，两者较2019年均有较大提升。未来随着生产成本的降低及良率的提升，N型电池将会是电池技术的主要发展方向之一。

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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