太阳能电池材料技术专利国际竞争趋势分析

庞 杰，刘则渊，梁永霞，2

（1.大连理工大学WISE实验室，辽宁 大连 116085；2.清华大学人文学院科技与社会研究中心，北京 100084）

太阳能电池材料技术专利国际竞争趋势分析

庞 杰1，刘则渊1，梁永霞1，2

（1.大连理工大学WISE实验室，辽宁 大连 116085；2.清华大学人文学院科技与社会研究中心，北京 100084）

利用专利计量分析方法考察太阳能电池材料领域的全球专利竞争趋势情况，对中国太阳能电池R&D策略具有重要参考意义。分析结果显示中国在该领域的专利申请总量上排在世界第三位，增长势头十分强劲。然而中国的创新主体数量却明显不足，专利权人主体结构不够优化，尤其在国外的专利申请量极少，专利布局存在严重的结构失衡。

太阳能电池材料；专利计量；趋势分析；专利人结构；专利布局

引言

随着世界能源供需的日趋紧张与环境对可持续发展的要求，太阳能作为主要的可再生能源之一，受到各国能源研究部门的高度重视。近几十年来，物理学、化学等学科的发展，使得太阳能光伏发电技术也逐渐走向成熟。自1954年美国贝尔实验室研制出6%的实用型单晶硅电池以来，科学家们通过大量实验发明和改良了多种光伏材料，主要有硅系材料、多元化合物薄膜材料、纳米晶材料、有机材料等［1-3］。同时，与太阳能电池材料相关的专利文献也呈现高速增长态势，跨国公司和科技大国都纷纷在全球进行相关专利的布局，以抢占未来太阳能电池市场的先机。

专利文献是公认的最能反映技术发展的文献信息之一，可以反映宏观或者微观技术领域的发明与创新。通过对专利文献的分析，可以揭示相关技术领域内的前沿态势与专利布局等情况。国内外学者利用专利分析方法作了大量的实证研究。专利计量学的创始人Narin F对专利计量学的研究领域进行了界定，分为专利数量、引用及相关分析、国家表现等［4］。Suh JH等［5］利用专利计量方法对纳米技术、公司商业生态系统、专利国际合作等领域做了大量的实证性研究。我国学者栾春娟［6-7］等对3G、生物技术等领域也做了相关专利分析。而笔者通过在国内外数据库的检索发现，目前还没有对太阳能电池材料进行专利计量分析的相关研究。因此本文将通过专利趋势分析、专利权主体结构分析、全球专利布局分析等方法，来比较主要国家在太阳能电池材料领域的竞争态势，明晰我国在该领域的优势与不足，进而对R&D政策提出建议和参考。

1 数据库与分析方法

德温特专利索引数据库（Derwent Innovations Index）收录了全球40多个专利机构的1300万条基本专利，以及2000万项相关专利，是世界上专利文献信息最全的数据库。同时，DII专利数据库还将相同专利，合并成专利家族，并通过德温特手工代码对专利文献进行标引，有助于对专利文献的检索与统计。

选择与太阳能电池材料相关的德温特手工代码分类：MC=（L03-E05B or U12-A02A1 or U12-A02A2 or U12-A02A8 or X15-A02D1 or X15-A02F），其中包括了以单晶、非晶、多晶、多元化合物、硫族化物/黄铜矿化合物和有机聚合物为材料，以及利用了染料敏化技术的专利文献；入库时间从1994—2008年。通过制定的检索策略，共检索到35308条专利数据，检索时间为2010年1月15日。由于入库时间与专利优先权申请日期存在着较大差别，导致在进行专利趋势分析时，不能准确反映专利技术在时间维度上的发展、累积与分布情况。因此本文中，我们利用Perl语言编写检索程序，对下载的专利文献数据集进行二次检索处理，按照专利优先权申请时间为专利文献重新标注时间。

2 专利文献增长趋势分析

按照专利优先权申请日期，我们统计了1995年至2007年间，太阳能电池材料专利申请数量世界排名前10位国家或地区的总体分布情况（见图1）。

在专利优先权数量方面，日本以占据总量62.49%的高份额，排在各国的首位，是排在第二位美国的4.7倍，这种趋势显示出日本对太阳能电池材料领域的重视程度之高，其技术产出达到了近乎垄断性的优势。美国紧随其后，在总量上占据13.30%的份额，是排在第三位中国的2倍；德国与韩国以764和501项专利分列四、五位。

从总体上看，5个国家专利优先权数量的增长都呈现了上升趋势，这表明太阳能电池材料技术还处在成长阶段，其产业化应用以及市场潜力还存在巨大的发展空间。中国在该领域发展的分水岭在2002年前后，在这之前的7年间，平均每年的专利优先权申请量仅为2.57件，2002年为16件，比上年增长了2.29倍，此后进入高速增长时期。2007年专利申请量达到了347件，在当年超过了美国，仅次于日本排在第二位。2002年至2007年的年均复合增长率高达 85.03%，同期的美国和日本分别为12.76%和-6.18%。在增速上位列第二位的是韩国，年均增速为24.16%，德国以9.43%位居第三。增速上的强烈对比，体现了中国在太阳能电池材料领域的迅猛追赶态势，同时，美国、德国和韩国也呈现了较强的发展势头，而日本的倒V形发展趋势，在一定程度上表明其太阳能电池材料技术发展的成熟度要远高于其他国家，将率先进入大规模产业化应用阶段。需要说明的是，由于专利公开日期相对申请日期的滞后，因此2007年的数据不够完整，造成除中国外的4个国家专利数量减少，然而这也从侧面预测了中国在该领域的专利申请数仍将保持高速增长。

3 专利权人主体分析

3.1 专利权人主体分布

表1显示了太阳能电池材料领域专利申请量排名前20位的专利权人分布情况，其中除韩国三星电子公司排名第17位外，其余专利权人全部来自日本，彰显了日本在该领域的垄断地位。我们选取拥有专利数量前100位的专利权人计算的标准偏差为97.04，表明太阳能电池材料领域的专利权人技术垄断性非常强，技术发展处在成长时期，技术壁垒较高，进入困难。

图3显示了1995年至2007年间，太阳能电池材料领域专利权人数量的变化情况。在该时间区间内，专利权人的数量总体呈上涨趋势，主要经历了两个高速增长阶段，2001-2003年、2006-2008年，年均增长率分别达到82%和67.4%，是发明主体数量扩张较快的时期。

以三年为一个时段，分别统计主要的5个国家在太阳能电池材料领域专利权人数量上的变化 （见表2）。可以看出在该领域中，专利权人总量排名前5位的国家——日本、美国、中国、德国和韩国总体呈上升趋势，特别是在2000年以后，增速总体加快，这表明5个主要国家越来越重视对太阳能电池材料技术的研究与开发，研究主体的活跃度在增加。这一特征体现了太阳能电池材料技术是新兴领域，目前处在技术的高速成长阶段，吸引了众多企业、研究机构和个人进入。其中美国的专利权人增速最为明显，2004-2006年间比 1998-2000年间增长了2.85倍，并且超过了日本，这表明美国的企业、个人等研究结构对该领域的重视程度在提高。中国与韩国虽然起点较低，但增速也较为显著，专利权人数总量比上一年度区间分别增长了6.2倍和1.7倍。

图4显示了5个主要专利权国家专利人数量比例的发展态势图，其中，日本和德国该领域的专利权人总数占总体比例有所下降，这表明两国专利主体的研发水平已经相对成熟，扩张速度减缓；美国的专利权人数量扩张速度基本保持不变；而中国与韩国的专利权人数量相对其他国家在急速扩张，吸引的研究人员和机构呈快速增长趋势。

表3列出了5个国家专利权人的平均专利数量，其中，日本的专利权人平均专利数量最高，表明日本的太阳能电池材料领域技术集中度与产业垄断程度高于其他国家。中国与韩国的情况相对特殊，其中中国平均专利数量居第二位，这主要是由于我国的专利技术很大一部分来源于高校等科研机构，因此集中度较高，而韩国在该领域的专利技术主要集中于韩国三星电子公司等大型跨国企业。美国与德国的平均专利数量较低，主要有两方面原因，一是这两个国家处在该领域的产业扩张时期，不同于日本的大型企业垄断模式，两国新出现的企业专利主体较多；二是专利权人属性方面，日本的职务发明，在申请专利的时候主要以企业为专利权人，而日本和德国的一部分职务发明，其专利权人为个人与企业或者大学等科研机构共享。

3.2 专利权人主体结构分析

表4中展示了太阳能电池材料技术领域主要国家的专利权人结构，总体来看，除中国以外，其他4个国家的专利权主体中，大学及科研院所占专利权主体的总数很小，而中国的专利权主体中，大学与科研院所占到了近三分之一，表明在该领域，中国的大学与科研院所仍然在研究活动中扮演重要角色。同时我们也可以看到，中国的企业在太阳能电池材料技术中占据了主要地位，但同日美等国相比，企业作为创新主体的比例仍然偏低。在日本的专利权结构中，企业仍然占据创新主体地位，而美国、德国和韩国拥有专利权的个人数量超过了企业。

4 专利全球布局分析

4.1 主要专利权国家专利布局分析

图5显示了日美中德韩5国在该领域从1995-2006年间的全球专利布局累计分布情况。日本是专利优先权申请量最多的国家，1995-2006年间，其在世界主要的发达国家和发展中国家市场，都实施了广泛的专利布局战略，其中美国（1548项）和中国（796项）的专利布局最多，其次是韩国（551项）和澳大利亚（344项）等。美国则把专利布局的重点放在了日本 （413项）、中国 （343项）和澳大利亚（325项），其次是韩国（230项）、中国台湾（194项）、印度（156项）。德国把美国（359项）、日本（251项）和中国（192项）看做最重要的市场，其次是韩国（130项）和澳大利亚（130项）。韩国的专利布局重点则是经济总量，也是市场容量最大的国家，包括美国（179项）、日本（116项）和中国（68项）。而中国在其他国家的专利申请量较少，其中在美国有17项、日本9项，其次是德国与韩国各3项。

在2000年以前，日本、美国和德国就开始了在全球近30个主要经济体的专利布局战略，此后开始进入新兴市场国家，其中，南非是他们在非洲专利战略布局的主要国家，也是技术和产品进入非洲的主要窗口。中国与韩国在国外布局的范围类似，覆盖了10个国家和专利组织，但数量上存在较大差距。

4.2 EPC专利与PCT专利布局分析

EPC专利是指在《欧洲专利公约》的框架下，向欧洲专利局提出专利申请，可以指定一个或若干个成员国，一旦专利申请最终通过，在指定的成员国都可生效。与EPC专利类似，PCT专利是在范围更广的《专利合作条约》下，申请时可以指定在若干缔约国有效。随着国与国之间经济技术交流与市场渗透的日益加深，越来越多的国家和企业意识到专利保护的重要性。通过EPC和PCT专利的申请，可以达到在全球多个国家和地区进行专利布局的目的。

结合图5和表5可以发现，日本的EPC专利申请量从1995年开始就遥遥领先于其他国家，几乎是美国或德国的3倍。2000年以后，日本开始了全球专利布局的急行军，2000—2003年间的PCT专利增量比上一年度区间增长了3倍，体现了日本在太阳能电池材料领域进行全球性技术市场扩张的开始。美国的PCT专利申请量从1995年开始就领先于其他国家，甚至超过了在其他单独国家的专利申请量，这表明其专利战略历来重视全球范围的布局，同时美国的EPC授权量也位居前列，仅次于日本和德国，对欧洲国家的市场也格外重视。德国作为科技强国和欧洲最大的经济体，本国外的专利布局首先是着眼于欧洲，其次放眼全球。韩国对太阳能电池材料的全球专利布局战略也颇为重视，也是从1995年开始就首先在EPC和PCT申请专利，数量都明显高于在其他国家的申请量，其在全球市场的扩张意图也十分明显。中国在国外的专利布局起步较晚，相对于其他专利大国的全球性专利申请，数量偏少。从2003年后，EPC与PCT的专利申请量才有了明显的增长，这反映了中国作为专利申请量大国，离专利强国还有较大差距。

5 结论与建议

通过对太阳能电池材料专利文献的计量分析，可以得出以下结论：（1）我国越来越重视太阳能电池材料技术的研发投入，专利优先权申请量呈现高速增长态势。（2）在该领域全球创新主体扩张的情况下，中国专利权人主体的增速也高于其他国家，但总量仍然不足。而日本凭借其数量众多的大型跨国公司，仍然占据着该技术的全球垄断地位。（3）在专利权主体的结构方面，发达国家主要以企业和个人作为技术创新的主体，而我国则过多的依赖高校及科研院所，这种情况不仅阻碍了专利技术的扩散，还会延长技术向产品转化的时滞。（4）从全球专利布局趋势看，美国历来重视PCT专利和EPC专利的布局，其全球扩张战略意图十分明显。而日本的专利布局更有针对性，大量分布在美国、欧洲和中国。相比发达国家，我国作为专利产出量大国，在全球专利布局方面存在巨大差距，全球性专利申请从近年来才开始有少量的增长。

针对以上优势和差距，本文总结出如下建议：（1）我国应该转变以高校为主的研发模式，学习日本以企业为研发主体的经验，鼓励和引导领域相近和有条件的大型企业涉足太阳能电池材料的研发，充分发挥其科研技术的综合实力，有效利用各方面的人才与物质资源。（2）完善专利技术到产品的转化机制，根据我国的专利权主体结构的特点，尤其要重点优化高校等科研单位专利向企业转移的渠道，提高新技术向产品转化的效率。（3）依靠我国在该领域专利优先权总量的优势，鼓励具有技术优势的企业在国外申请专利，制定有针对性的专利布局战略，为我国企业进入国际太阳能电池市场，打破技术壁垒创造必要条件。

［1］彭艳红,韩雪峰,温和瑞.太阳能电池材料的研究进展［J］.赣南师范学院学报，2006，（6）:78-81.

［2］段晓菲,王金亮,毛景等.有机太阳能电池材料的研究进展［J］.大学化学，2005，（3）:1-8.

［3］路胜利,刘宽,杨慕杰.聚合物太阳能电池材料的研究进展［J］.高分子材料科学与工程，2005，（4）:1-4.

［4］Narin F,Carpenter M P,Woolf P.Technological performance assessments based on patents and patent citations［J］.IEEE Transactions on Engineering Management，1984，（4）:172–183.

［5］Suh J.H,Park S.C.Service-oriented Technology Roadmap（SoTRM）using patent map for R&D strategy of service industry［J］. Expert Systems With Applications，2009，（3）:6754-6772.

［6］栾春娟,尹爽.全球3G领域专利计量及中国的机遇与挑战［J］.技术与创新管理，2009，（6）:729-732.

［7］栾春娟,侯海燕.世界生物技术领域专利计量研究［J］.科技管理研究，2009，（9）:338-339.

Patentometric Analysis of the Global Competition of Solar Cell Materials

Pang Jie1,Liu Zeyuan1,Liang Yongxia2
（1.WISE Lab,Dalian University of Technology,Dalian 116085,China; 2.Center of STS,School of Humanities and Social Sciences,Tsinghua University,Beijing 100084,China）

The method of patentometric is used to examine the global competitive trend of solar cell materials,which is of great importance to advise the R&D policy in this field of China.The results of studies show that in this field,China ranked third in the world in total amount of patents with rapid progress.But the number of inventors and intornational patants are much less than the number of other countries.The structure of inventors should also be improved because of larger portion of patents application coming from universities than companies.

solar cell material;patentometric;trend analysis;inventor structure;patents distribution

国家自然科学基金项目"基于技术科学的前沿技术知识图谱分析与强国战略研究"(70773015)。

2010-04-26

庞杰（1980-），男，吉林通化人，大连理工大学-德国洪堡大学联合培养博士研究生；研究方向:科学计量学与科技政策。

G306

A

（责任编辑 迟凤玲）