第五章 太阳能电池材料.ppt

(2)多晶化合物太阳能电池 碲化镉太阳能电池：PVD（物理气相沉积）工艺、溅射工艺 无机化合物太阳能电池 铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池是近年发展起来的新型太阳能电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分步蒸发法和金属预置层后硒化法等。 基底一般用玻璃，也可以用不锈钢作为柔性村底。 (2)多晶化合物太阳能电池 无机化合物太阳能电池 1. 有机化合物太阳能电池 以酞菁、卟啉、苝、叶绿素等为基体材料的太阳能电池。如有机PN结太阳能电池，有机肖特基太阳能电池等。 如聚乙烯太阳能电池、共轭聚合物/C60复合体系太阳能电池等。 有机化合物太阳能电池 有机化合物太阳能电池 2009年4月26日《nature photonics》上的高效单结电池 2. 敏化纳米晶太阳能电池 以TiO2、ZnO、SnO2等宽禁带的氧化物型的纳米级半导体为电极，使用染料敏化、无机窄禁带宽度半导体敏化、过渡金属离子掺杂敏化、有机染料/无机半导体复合敏化以及TiO2表面沉积贵金属等方法制成的太阳能电池。 有机化合物太阳能电池 基本原理： 染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2 导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入 TiO2 导带中的电于最终进入导电膜 , 然后通过外回路产生光电流。 敏化纳米晶太阳能电池 各类太能能性能比较 各类太阳能性能比较 各类太阳能性能比较 种类 材料 单电池效率 模块效率 主要制备方法 优点 缺点 多元化合物薄膜太阳能电池 砷化镓 ? 19~ 32% 23~30% MOVPE和LPPE技术 效率较高 成本较单晶硅低 易于规模生产 原材料镉有剧毒 碲化镉 ? 10~ 15% 7~10% 铜铟硒 ? 10~ 12% 8~10% 真空蒸镀法和硒化法 价格低廉 性能良好 工艺简单 原材料来源比较有限 纳米晶化学太阳能电池 8~11% 5~8% 溶胶凝胶法 水热反应 溅射法 成本低廉 工艺简单 性能稳定 ? 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 ? 3~5% ? 处于研发当中 易制作 材料广泛 成本低 寿命短 各类太阳能性能比较 建筑设施 航天航空 交通设施 家电方面 太阳能车 通信方面 领域 太阳能电池应用 太阳能电池的应用 （10KW光伏发电组） 建筑设施 太阳能屋顶发电装置 太阳能电池的应用 太阳能与民用建筑的结合 太阳能电池的应用 太阳能服饰 太阳能电池的应用 Outline 背景及发展历程 1 基本原理 2 电池分类 4 发展前景 5 电池应用 3 第五章 太阳能电池材料 能源枯竭 石油：42年，天然气：67年，煤：200年 。 环境污染 每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，造成 全球气候变暖；空气中大量二氧化碳，粉尘含量己严重 影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 太阳能电池发展背景 资源丰富 40分钟照射地球辐射的能量＝全球人类一年的能量需求 太阳能电池发展背景 洁净能源 与 石 油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致“温室效应”，也不会造成环境污染 使用方便 同水能、风能等新能源相比，不受地域的限制，利用成本低。 太阳能的优点 1893年? 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。 1954年???恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳能电池，效率为6%。 同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。 1958年??? 太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。 太阳能电池发展历史 太阳能电池基本原理 1 本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。 本征半导体的原子结构及共价键 共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。图1.1所示为硅和锗的原子结构和共价键结构。 图1.1 硅和锗的原子结构和共价键结构 本征激发和两种载流子 温度越高，半导体材料中产生的自由电子便越多。束缚电子脱离共价键成为自由电子后，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。 本征半导体中，自由电子和空穴成对出