付 英 ，邸 金 ，李建偉

（1.甘肅省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省科技評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000）

一、引言

太陽能是可開發(fā)利用的最大能源，太陽能電池是太陽能的主要轉(zhuǎn)化裝置，又被稱為“太陽能芯片”或“光電池”[1]。目前，全世界60%的國(guó)家投入到太陽能電池的普及應(yīng)用中，其中40%以上的國(guó)家已經(jīng)大規(guī)模地開展了太陽能電池的研發(fā)利用。我國(guó)從第六個(gè)“五年計(jì)劃”開始，啟動(dòng)太陽能電池的實(shí)踐與探索，太陽能電池行業(yè)由于產(chǎn)能過剩，產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品向跨界整合已成為新的趨勢(shì)，薄膜太陽能電池成為緩解能源危機(jī)的新型光伏器件之一。我國(guó)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，分布式光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模目標(biāo)為6 000萬kW以上，至少要增九倍以上，光伏產(chǎn)業(yè)格局將發(fā)生大變革，薄膜電池組件將涌上浪頭。因此，文章從文獻(xiàn)計(jì)量和專利分析的視角，綜合運(yùn)用多種計(jì)量方法，對(duì)我國(guó)薄膜太陽能電池文獻(xiàn)研究和專利申請(qǐng)進(jìn)行計(jì)量分析，動(dòng)態(tài)跟蹤前沿研究，預(yù)測(cè)今后發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而提出相關(guān)建議，以期為該領(lǐng)域研究與實(shí)踐提供參考。

二、研究方法與樣本選取

現(xiàn)有的文獻(xiàn)信息分析主要有統(tǒng)計(jì)分析、文獻(xiàn)計(jì)量分析、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、Pub Med分析等技術(shù)和方法，以此快速地獲取高價(jià)值信息，追蹤學(xué)科前沿[2]。詞頻分析一般涉及數(shù)據(jù)檢索、清洗加工、詞匯提取、統(tǒng)計(jì)分析等階段[3-4]。就文獻(xiàn)來源看，國(guó)內(nèi)外建立了SCI、SSCI、Scopus、Derwent、CNKI、CSSCI、萬方、維普等眾多綜合性數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量巨大，但所涵蓋的學(xué)科門類卻各有側(cè)重。因此，研究以CNKI數(shù)據(jù)庫為檢索工具，檢索條件為“篇名=薄膜太陽能電池”，檢索關(guān)鍵詞為“模糊匹配”方式，時(shí)間跨度為1980—2018年，檢索結(jié)果為7 194篇，剔除外文文獻(xiàn)后，共檢索文獻(xiàn)2 015篇。為確保研究的客觀性、科學(xué)性和可行性，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)過濾法、數(shù)據(jù)拆分法、數(shù)據(jù)降維法等多種數(shù)據(jù)清洗方法，剔除與主題不相符的會(huì)議紀(jì)要、會(huì)議通知、新聞評(píng)論、技術(shù)簡(jiǎn)介、網(wǎng)絡(luò)報(bào)道等九條非研究性文獻(xiàn)后，最后得到2 015條記錄。利用Excel這一統(tǒng)計(jì)工具，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量分析法、可視化分析法和內(nèi)容分析法等方法，從載文量、高頻作者、研究熱點(diǎn)、核心期刊、專利布局等方面對(duì)該領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)進(jìn)行挖掘和分析，追蹤研究熱點(diǎn)，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，從而得出相關(guān)結(jié)論。

三、我國(guó)智能制造研究態(tài)勢(shì)

（一）年度載文量統(tǒng)計(jì)分析

研究數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于薄膜太陽能電池研究在CNKI中收錄最早始于1980年，由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所率先開展研究。整體上分為三個(gè)階段：1980—2002年，我國(guó)尚處于探索階段；2003—2011年，研究基本呈逐步上升的趨勢(shì)；2012—2018年，呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)有關(guān)薄膜太陽能電池論文年代分布如圖1所示。由此可見，我國(guó)該研究領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究逐步進(jìn)入白熱化，尤其是在我國(guó)提出實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”之后，論文數(shù)量出現(xiàn)了一個(gè)轉(zhuǎn)折性的高峰期，這說明薄膜太陽能電池研究領(lǐng)域具有很大的活力。可以預(yù)見，在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的背景下，今后薄膜太陽能電池研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量仍將保持快速增長(zhǎng)，研究隊(duì)伍也在不斷壯大。

圖1 國(guó)內(nèi)薄膜太陽能電池論文年代分布圖

（二）高產(chǎn)作者統(tǒng)計(jì)分析

研究顯示，在該研究領(lǐng)域中發(fā)文最多的作者為趙穎，發(fā)文量達(dá)101篇，其中50.08%的作者僅撰寫1篇論文，側(cè)面說明作者分布相對(duì)集中。按照普賴斯的理論，經(jīng)測(cè)算發(fā)表論文數(shù)為7.53篇以上的作者為杰出科學(xué)家（核心作者），即在該領(lǐng)域核心作者群體的發(fā)文量均在7篇及以上。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該領(lǐng)域發(fā)文量在30篇以上的高產(chǎn)作者主要有：趙穎、孫云、張曉丹、熊紹珍、耿新華、戴松元、李長(zhǎng)健、張靜全、何青、武莉莉、黎兵、許穎、馮良桓、李衛(wèi)、鄭家貴、蔡亞平、孫建、王孔嘉、蔡偉等。為了更直觀地顯示該領(lǐng)域的高頻作者，文章運(yùn)用加權(quán)統(tǒng)計(jì)法，量化排名前15位的作者在該領(lǐng)域的權(quán)重（見表1）。按作者加權(quán)統(tǒng)計(jì)，武四新、張瑞峰、薛俊明和王孔嘉這四位作者超過武莉莉（2.858 3）、馮良桓（4.260 4）、李衛(wèi)（3.011 4）和鄭家貴（3.928 2）。因此，經(jīng)過加權(quán)統(tǒng)計(jì)測(cè)算的這些學(xué)者可作為薄膜太陽能電池領(lǐng)域的核心作者，他們的研究推動(dòng)了我國(guó)薄膜電池研究的發(fā)展。需要說明的是，某研究領(lǐng)域中核心作者發(fā)文量約占總發(fā)文量的50%時(shí)，學(xué)科的高產(chǎn)作者群才得以形成[5]。經(jīng)測(cè)算，該領(lǐng)域前50位作者總發(fā)文量占論文總數(shù)的69.76%，遠(yuǎn)高于50%的要求。因此，該研究領(lǐng)域穩(wěn)定的核心作者群初步形成。

表1 薄膜太陽能電池研究領(lǐng)域排名前15位的高產(chǎn)作者

（三）高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)清洗后，列有關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)共2 007篇，共有3 374個(gè)關(guān)鍵詞。為便于標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)同義不同表達(dá)的關(guān)鍵詞進(jìn)行合并歸類、統(tǒng)一表述，對(duì)詞頻僅為1次的關(guān)鍵詞予以過濾，清洗后共得到關(guān)鍵詞1 530個(gè)。通過統(tǒng)計(jì)梳理出現(xiàn)頻次高于30次的關(guān)鍵詞后，發(fā)現(xiàn)研究熱點(diǎn)是：太陽（能）電池、薄膜電池、CIGS、染料敏化太陽能電池、磁控濺射、轉(zhuǎn)換效率、非晶硅、鈣鈦礦太陽能電池、CdS、PECVD、異質(zhì)結(jié)、銅鋅錫硫、碲化鎘（CdTe）、光電性能等，并可預(yù)測(cè)這些熱點(diǎn)將成為未來的研究趨勢(shì)（見表2）。

表2 薄膜太陽能電池領(lǐng)域高頻關(guān)鍵頻次（30次及以上）

（四）核心期刊與資助情況統(tǒng)計(jì)分析

通過對(duì)薄膜太陽能電池研究論文的期刊分布統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)一步追蹤薄膜電池研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本研究所統(tǒng)計(jì)的2 007篇薄膜太陽能電池研究論文，有262篇論文出現(xiàn)在會(huì)議論文集中，論文集總計(jì)56種，其中在《新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集》《新型太陽能電池暨鈣鈦礦太陽能電池學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集》《中國(guó)太陽能學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集》《中國(guó)光伏會(huì)議論文集》論文分布較多。

從期刊來看，有1 745篇論文分布在期刊中，期刊數(shù)總計(jì)484種。期刊載文量分布差異較大，載文量最多的達(dá)到106篇，最少的僅為1篇。其中，薄膜太陽能電池領(lǐng)域的中文核心期刊是排名前20位的期刊，如表3所示。將已發(fā)表的1 745篇論文所在期刊分為刊載20篇及以上分布區(qū)、刊載8～19篇分布區(qū)、刊載3～7篇分布區(qū)、刊載1～2篇分布區(qū)四個(gè)級(jí)別，期刊數(shù)分別為12個(gè)、36個(gè)、105個(gè)和331個(gè)，各級(jí)公比近似等于3；載文量分別為478篇、411篇、421篇、435篇，載文量均在400篇以上，載文占比均在25%左右。

表3 薄膜太陽能電池領(lǐng)域論文頻次為16次以上的主要期刊

（五）研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，1980—2019年薄膜太陽能電池研究領(lǐng)域發(fā)表論文研究的機(jī)構(gòu)主要分布在企業(yè)、高校和科研院所。按照區(qū)域分析法得出，薄膜太陽能電池領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)排名前16位的單位分別為：南開大學(xué)（146篇，占21.82%）、華中科技大學(xué)（49篇，占7.32%）、四川大學(xué)（48篇，占7.17%）、河北工業(yè)大學(xué)（44篇，占6.58%）、河南大學(xué)（42篇，占6.28%）、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（41篇，占6.13%）、上海交通大學(xué)（35篇，占5.23%）、鄭州大學(xué)（34篇，占5.08%）、中科院等離子體物理研究所（34篇，占5.08%）、北京市太陽能研究所（31篇，占4.63%）、中國(guó)電子科技集團(tuán)第十研究所（30篇，占4.48%）、浙江大學(xué)（28篇，占4.19%）、云南師范大學(xué)（28篇，占4.19%）、華東師范大學(xué)（27篇，占4.04%）、清華大學(xué)（27篇，占4.04%）、中南大學(xué)（25篇，占3.74%）。由此可見，對(duì)薄膜太陽能電池研究的機(jī)構(gòu)，呈現(xiàn)出以高校為主、院所為輔的趨勢(shì)（見圖2、表3）。

圖2 薄膜太陽能電池領(lǐng)域論文研究排名前16位的主要單位

四、我國(guó)智能制造研究領(lǐng)域熱點(diǎn)與趨勢(shì)分析

（一）研究熱點(diǎn)

知識(shí)圖譜可以綜合利用各學(xué)科理論和方法，通過空間形態(tài)來發(fā)現(xiàn)、描述、分析以及最終展示數(shù)據(jù)或文本之間的相互關(guān)系，揭示學(xué)科發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、前沿領(lǐng)域以及整體結(jié)構(gòu)和變化動(dòng)態(tài)，預(yù)測(cè)未來發(fā)展方向[6-7]。為全面掌握薄膜太陽能電池的研究動(dòng)態(tài)，基于關(guān)鍵詞從論文和專利視角挖掘該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)主題，如圖3所示。

圖3 基于關(guān)鍵詞的我國(guó)薄膜太陽能電池相關(guān)論文熱點(diǎn)主題分布

由圖3可以看出，我國(guó)該領(lǐng)域的相關(guān)研究主要集中于轉(zhuǎn)換效率、非晶硅薄膜、電沉積、銅鋅錫硫（CZTS）等主題，薄膜太陽能電池的相關(guān)研究集中于非晶硅、CIGS、CdTe、CdS、轉(zhuǎn)化效率、磁控濺射以及緩沖層等[8]。

國(guó)內(nèi)外專利機(jī)構(gòu)研究顯示，全世界九成以上的新技術(shù)信息最早在專利文獻(xiàn)中得到反映，通過專利檢索可以評(píng)定專利申請(qǐng)通過授權(quán)的可能性，有效地收集最新專利資訊，追蹤相關(guān)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，有效縮短研發(fā)經(jīng)費(fèi)與時(shí)間的投入[9-10]。經(jīng)檢索Incopat專利數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，2000—2018年中國(guó)共申請(qǐng)智能制造相關(guān)專利4 801件，遠(yuǎn)高于日本、美國(guó)和韓國(guó)，2012年在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量達(dá)到頂峰。綜合來看，我國(guó)在該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量排名前十的省份和地區(qū)分別為：江蘇（14.55%）、廣東（10.18%）、北京（9.91%）、上海（9.43%）、浙江（6.20%）、安徽（4.37%）、四川（4.37%）、河南（3.66%）、福建（3.14%）、中國(guó)臺(tái)灣（3.02%）。從中國(guó)授權(quán)專利來看，我國(guó)擁有實(shí)用新型專利、發(fā)明專利、外觀設(shè)計(jì)專利數(shù)分別為1 342件、907件和15件。排名前十的申請(qǐng)人分別為吉富新能源科技（上海）有限公司（3.58%）、深圳市創(chuàng)益科技發(fā)展有限公司（1.79%）、電子科技大學(xué)（1.62%）、中原工學(xué)院（1.37%）、無錫同春新能源科技有限公司（1.12%）、無錫市翱宇特新科技發(fā)展有限公司（1.10%）、北京鉑陽頂榮光伏科技有限公司（1.04%）、湖南共創(chuàng)光伏科技有限公司（0.97%）、張一熙（0.91%）、蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院（0.87%），該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)以企業(yè)為主、院所為輔。根據(jù)國(guó)際專利分類（IPC），薄膜太陽能電池領(lǐng)域?qū)＠鞑空急扔啥嗟缴俚呐帕蟹謩e為：H（77.46%）、C（14.49%）、B（12.93%）、A（8.18%）、F（6.18%）、G（5.18%）、E（4.70%）、D（0.33%），可見該領(lǐng)域?qū)＠饕性陔妼W(xué)領(lǐng)域，如圖4、表4所示。

圖4 基于Incopat檢索的我國(guó)薄膜太陽能電池技術(shù)分布（排名前十位）

表4 基于Incopat檢索的我國(guó)薄膜太陽能電池技術(shù)分布（排名前十位）

（二）趨勢(shì)分析

從全球范圍來看，晶硅太陽能電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得了一系列新成果、新突破，太陽能光伏電池市場(chǎng)逐步向薄膜太陽能光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。其中，CIGS薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)換效率（實(shí)驗(yàn)室）已經(jīng)超過了20%，而且性能穩(wěn)定、發(fā)電量高、安全環(huán)保，成為歐美國(guó)家關(guān)注的熱點(diǎn)。就國(guó)內(nèi)來看，薄膜太陽能電池產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，由2009年的263 MW增長(zhǎng)到2017年的1 191 MW。就發(fā)展趨勢(shì)來看，薄膜電池行業(yè)近幾年初具規(guī)模，不論技術(shù)水平、行業(yè)成熟度、供應(yīng)鏈等均處于逐漸成熟的過程中，未來發(fā)展則應(yīng)更側(cè)重于制備工藝簡(jiǎn)單、設(shè)施要求低；電池穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)；光電轉(zhuǎn)換效率高、安全環(huán)保；原料成本低、來源豐富，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益后有望成為市場(chǎng)的主流選擇[11]。

五、結(jié)論與討論

從現(xiàn)有學(xué)者的研究成果來看，常見的薄膜太陽能電池有非晶硅、CuInSe2（CIS）、CuInGaSe2（CIGS）和碲化鎘（CdTe）等。文章通過對(duì)1980—2018年國(guó)內(nèi)薄膜太陽能電池相關(guān)的研究論文和專利申請(qǐng)分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域研究已經(jīng)取得了一定的突破，并趨向白熱化發(fā)展。在研究熱點(diǎn)問題方面，通過關(guān)鍵詞詞頻分析及專利檢索得出，非晶硅、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）、硫化鎘（CdS）、光電轉(zhuǎn)化效率、磁控濺射、緩沖層等是國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。在載文量方面，發(fā)表該領(lǐng)域論文的期刊多為行業(yè)專業(yè)性研究的期刊和部分會(huì)議論文集。通過作者分布規(guī)律分析，得出該研究領(lǐng)域穩(wěn)定的核心研究群體已基本形成，論文文獻(xiàn)研究主要以高校為主、院所為輔，專利申請(qǐng)以企業(yè)為主、院所為輔。從發(fā)展趨勢(shì)來看，薄膜太陽能電池的未來發(fā)展更側(cè)重于工藝簡(jiǎn)單、電池穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)換效率高、安全環(huán)保等方面。需要說明的是，由于數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)清洗略有不足，可能導(dǎo)致研究結(jié)果不夠全面，研究也將在后續(xù)的分析中進(jìn)一步完善并加以改進(jìn)。