李建生講座課件

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我校在太陽(yáng)能電池方面的核心發(fā)明專利簡(jiǎn)介

報(bào)告人:(教授、科技特派員)

2目錄1.太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和技術(shù)瓶頸2.我校在太陽(yáng)能電池方面的核心發(fā)明專利簡(jiǎn)介3.知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略和發(fā)明專利申請(qǐng)交流4.太陽(yáng)能高效利用合作開發(fā)課題鍍?cè)鐾改げＡ?yáng)疫苗冰柜雙面太陽(yáng)電池1.太陽(yáng)能發(fā)電行業(yè)現(xiàn)狀和技術(shù)瓶頸

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

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

12GW，累計(jì)裝機(jī)量超

20GW。目前單晶硅太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從20世紀(jì)50年代末的10%提高到目前的25%，多晶硅太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到20.4%。最高光電轉(zhuǎn)換效率不斷刷新，美國(guó)已達(dá)到40.2%，日本利用量子點(diǎn)的理論模擬值達(dá)到75%。3太陽(yáng)能建筑太陽(yáng)能空調(diào)太陽(yáng)能汽車有光就有電5太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)電直接上網(wǎng),系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，包括太陽(yáng)能電池組件、逆變器和控制開關(guān);賣電價(jià)格按國(guó)家補(bǔ)貼價(jià),0.9-1.0元/度，用電價(jià)格按當(dāng)?shù)厥袃r(jià),0.4-0.6元/度，但需要辦入網(wǎng)許可。太陽(yáng)能發(fā)電獨(dú)立系統(tǒng)帶有蓄電池,系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，包括太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、逆變器、插座和控制開關(guān)，設(shè)備成本1.0-1.3萬元/KW;蓄電池設(shè)計(jì)壽命僅3-5年,大大低于太陽(yáng)電池設(shè)計(jì)壽命25年。硅光電池光譜響應(yīng)圖太陽(yáng)光光譜圖1.2太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)瓶頸6目前太陽(yáng)能發(fā)電成本仍是傳統(tǒng)能源發(fā)電成本的3-8倍，太陽(yáng)能發(fā)電成本決定著太陽(yáng)能電池大規(guī)模應(yīng)用推廣的速度。降低太陽(yáng)能發(fā)電成本的關(guān)鍵是提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和制造成本。影響晶體硅太陽(yáng)能電池效率的主要因素是光學(xué)損失和電學(xué)損失兩個(gè)方面。光學(xué)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(yīng)特性。目前太陽(yáng)能電池主要對(duì)太陽(yáng)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(zhuǎn)換技術(shù)可成倍提高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)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(shù)的復(fù)雜程度。太陽(yáng)能電池市場(chǎng)和原材料兩頭在外局面仍然未能根本改變，一遇到西方國(guó)家的“雙反”就使大批生產(chǎn)企業(yè)停產(chǎn)倒閉,而許多高附加值材料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，嚴(yán)重影響生產(chǎn)成本降低。例如，太陽(yáng)能電池電極銀漿成本占組件成本的17%，幾乎完全依賴進(jìn)口。太陽(yáng)能電池受使用環(huán)境影響大，在沙塵和有機(jī)污染污存在下，效率降低10%-30%，維護(hù)管理成本較高。進(jìn)一步大幅提高光電轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)難度極大，難有革命性的改進(jìn)措施，許多改進(jìn)措施缺乏經(jīng)濟(jì)性，需要從點(diǎn)滴技術(shù)改進(jìn)積累入手提高光電轉(zhuǎn)換效率。電池受灰塵污染電池受尾氣污染電池受復(fù)合污染反傾銷反補(bǔ)貼調(diào)查本發(fā)明太陽(yáng)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?zhàn)鳛闇p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(qiáng)化劑，以去離子水為溶劑。本發(fā)明涂料生產(chǎn)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(yáng)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(yáng)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(qǐng)了相關(guān)專利—一種太陽(yáng)能玻璃減反射防污涂料及其生產(chǎn)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(yáng)電池102.2硅太陽(yáng)電池自清潔減反射光轉(zhuǎn)換多功能涂料

目前太陽(yáng)電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率僅25%，主要原因是太陽(yáng)電池對(duì)占總能量58%的紫外光和紅外光響應(yīng)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(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，通常稱為下轉(zhuǎn)換發(fā)光。一般無機(jī)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(yáng)能電池封裝用EVA膜中添加丙烯酸樹脂包裹的紫外光轉(zhuǎn)換材料，可提高光電轉(zhuǎn)換效率2.2%。因?yàn)樽贤夤庖诪椴Ａ?，能入射到光轉(zhuǎn)換膜的紫外光很少，其商業(yè)化應(yīng)用時(shí)光轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的效果降低。國(guó)外專利也設(shè)計(jì)將下轉(zhuǎn)換材料添加到電池背板材料中，在光反射的過程中實(shí)現(xiàn)紫外光轉(zhuǎn)換，同樣存在已被玻璃吸收的問題。太陽(yáng)光譜圖紫外熒光材料電池組件結(jié)構(gòu)項(xiàng)目組針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,還開發(fā)一種太陽(yáng)能電池玻璃自清潔減反射光轉(zhuǎn)換多功能涂料專利產(chǎn)品（CN103627227，2014-03-12），在太陽(yáng)電池玻璃涂料中添加稀土熒光材料，將太陽(yáng)光譜中近紫外光轉(zhuǎn)換為可見光，提高太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率2.5%-5.0%。該項(xiàng)目已獲得天津市科委科技特派員專項(xiàng)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(shí)還作為自清潔材料、光轉(zhuǎn)換材料和減反射輔助材料。涂料膜層自清潔和光轉(zhuǎn)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(shí)的凝聚燒結(jié),簡(jiǎn)化了制備工藝。本發(fā)明在少量光催化劑存在下和太陽(yáng)光照射下就能實(shí)現(xiàn)自清潔減反射光轉(zhuǎn)換功能，穩(wěn)定和提高太陽(yáng)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(qǐng)多功能玻璃電池2.3硅太陽(yáng)電池低成本包銀銅粉和導(dǎo)電漿料

在光照的條件下太陽(yáng)能電池產(chǎn)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(wǎng)印刷在硅片背面，將銀漿印在硅片正反面燒結(jié)制成的。太陽(yáng)能電池正面銀漿主要由銀粉、玻璃粉粘合劑、有機(jī)載體和添加劑四部分組成，銀粉作為導(dǎo)電介質(zhì)占銀漿質(zhì)量的75%，決定銀漿的電性能。玻璃粉在高溫時(shí)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(shù)要求高：1）能夠穿透減反射膜；2）高寬比大,高導(dǎo)電性能；3）高的線分辨率,光遮擋?。?）有良好的焊接性能,目前還沒有國(guó)產(chǎn)正面銀漿。項(xiàng)目組開發(fā)了一種硅太陽(yáng)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(xì)銀粉、減反射膜腐蝕劑、有機(jī)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(cè)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(yáng)能電池導(dǎo)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(fù)合導(dǎo)電漿料,以減少貴金屬用量。項(xiàng)目組又開發(fā)了低成本的包銀銅粉和導(dǎo)電漿料專利技術(shù)（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(xì)金屬粉為導(dǎo)電組分，其導(dǎo)電性能與高純銀粉漿料相當(dāng)，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(jié)構(gòu)完整致密，抗氧化性良好。當(dāng)銀包銅粉中銀的質(zhì)量百分比達(dá)到30%時(shí)，在700-800℃燒結(jié)溫度下和20分鐘燒結(jié)時(shí)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(qǐng)了銀粉制備的相關(guān)專利,一種太陽(yáng)能電池導(dǎo)電銀漿用高密度銀粉的生產(chǎn)方法;一種太陽(yáng)能電池高密度單分散的生產(chǎn)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(yáng)能污水凈化裝置

大中城市景觀河道水污染比較嚴(yán)重，自凈化能力差，定期清淤后不久河道又會(huì)出現(xiàn)了大面積的淤積，污染治理成本高。利用太陽(yáng)能電池發(fā)電，電能帶動(dòng)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(shí)現(xiàn)河道水體自我修復(fù)。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(yáng)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(zhì)量。圍繞該思路可進(jìn)行一系列改進(jìn)和創(chuàng)新。項(xiàng)目組一種太陽(yáng)能污水凈化裝置獲得專利授權(quán)，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(jìn)入產(chǎn)業(yè)化開發(fā)階段。太陽(yáng)河道景觀太陽(yáng)污水自凈化太陽(yáng)自凈化原理太陽(yáng)荷塘凈化2.6太陽(yáng)能利用奇思妙想17目前太陽(yáng)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(shí)的提升，求新求異的消費(fèi)理念在高端消費(fèi)群體中逐步形成，太陽(yáng)能利用新產(chǎn)品已具有一定的市場(chǎng)份額，發(fā)展空間廣闊。太陽(yáng)能利用新產(chǎn)品開發(fā)是個(gè)漫長(zhǎng)的過程，可以在國(guó)家政策支持下引導(dǎo)消費(fèi)，邊開拓市場(chǎng)，邊改進(jìn)技術(shù)，用市場(chǎng)需求刺激新技術(shù)開發(fā)，加快形成良性循環(huán)。這需要更多太陽(yáng)能利用的奇思妙想，一項(xiàng)現(xiàn)在還不起眼的專利或許將來能獲得巨大財(cái)富，以下創(chuàng)意或許可以激發(fā)您的靈感或開拓您的設(shè)計(jì)思路。太陽(yáng)電池遮陽(yáng)傘太陽(yáng)電池停車場(chǎng)太陽(yáng)電池游覽車太陽(yáng)電池游艇太陽(yáng)電池飛機(jī)太陽(yáng)電池自行車海上太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)電池電腦18太陽(yáng)電池背心草原太陽(yáng)電池碼頭太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池車站太陽(yáng)電池水泵太陽(yáng)電池樹追日太陽(yáng)電池太陽(yáng)電池圍欄太陽(yáng)電池提包太陽(yáng)電池路面太陽(yáng)電池牙刷太陽(yáng)電池帽子太陽(yáng)能滅蚊燈太陽(yáng)電池冰柜太陽(yáng)電池建筑太陽(yáng)電池空調(diào)3.知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略和發(fā)明專利申請(qǐng)交流

3.1知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略

“技術(shù)創(chuàng)新專利先行”，太陽(yáng)能高效利用是近年發(fā)展起來的新興產(chǎn)業(yè)，相關(guān)專利還沒有為國(guó)外公司全面覆蓋，專利的數(shù)量和質(zhì)量也是一個(gè)單位科技實(shí)力的象征，應(yīng)及早進(jìn)行專利布局，以免今后技術(shù)受制和交納大筆專利費(fèi)用,長(zhǎng)期為國(guó)外公司打工。國(guó)內(nèi)雖然知名的太陽(yáng)能電池公司很多，盡管其生產(chǎn)設(shè)備是國(guó)際一流的，但自身?yè)碛械陌l(fā)明專利并不多，需要高價(jià)購(gòu)買國(guó)外專利。國(guó)內(nèi)發(fā)明專利主要在高校和科研單位，專利技術(shù)將是未來產(chǎn)學(xué)研合作的紐帶和砝碼。國(guó)家提倡全民創(chuàng)業(yè)，專利產(chǎn)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(yīng)用市場(chǎng)。19知識(shí)產(chǎn)權(quán)發(fā)展的五個(gè)階段日本已完成向自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)變韓國(guó)開始發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新是民族發(fā)展的靈魂發(fā)明專利說明書內(nèi)容包括:所屬領(lǐng)域技術(shù)背景（現(xiàn)有技術(shù)、前人采取的改進(jìn)方法、仍存在的問題和不足）發(fā)明內(nèi)容（發(fā)明目的、采取的技術(shù)方案、產(chǎn)生的有益效果）附圖（直觀表述，可無）實(shí)施例（典型實(shí)例，可無）。發(fā)明專利能否授權(quán)關(guān)鍵在新穎性和創(chuàng)造性，新穎性的審查要點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)逐一對(duì)比都不相同；創(chuàng)造性的審查要點(diǎn)是與現(xiàn)有技術(shù)綜合對(duì)比不能簡(jiǎn)單推斷和組合出來，必須有實(shí)質(zhì)性區(qū)別。目前中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)比例僅20%左右，發(fā)明人需要了解知識(shí)產(chǎn)權(quán)法規(guī)才好獲得授權(quán)。專利代理人不可能包攬發(fā)明工作，價(jià)值一般的發(fā)明專利，還應(yīng)考慮是否值得支付昂貴的代理費(fèi)用。21224.太陽(yáng)能高效利用合作開發(fā)課題

項(xiàng)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(xiàng)資助，為進(jìn)一步開發(fā)和獲得資助打下了基礎(chǔ)。根據(jù)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作協(xié)議需要