量子点太阳能电池课件.ppt

量子点太阳能电池 张秋萍 概述 量子点太阳能电池的物理机理 总结 一 概述 量子点太阳电池不仅是第三代太阳电池，也是目前最尖端、必威体育精装版的太阳电池之一，这是因为这种电池是在使用半导体体材料的普通太阳电池之中，引入了纳米技术与量子力学理论，预期可以实现令人叹为观止的性能。 量子点是准零维纳米材料，量子点一般是指大小约为10 nm 的结晶体，并可以在这一微小的空间中限制电子。 量子点的优点 1吸光范围可以通过调节颗粒的组分和尺寸来获得，并且可以从可见光到红外光。 2化学稳定性好 3合成过程简单，是低成本的吸光材料 4具有高消光系数和本征偶极矩。 5相对于体相半导体材料，采用量子点可以更容易实现电子给体和受体材料的能级匹配。 更重要的是，量子点可以吸收高能光子并且一个光子可以产生多个电子一空穴对(多激子效应)。 理论上预测的量子点电池效率可以达到44％。因此，量子点太阳能电池常常被称作第3代太阳能电池，具有巨大的发展前景。 二 量子点太阳能电池的物理机理 半导体量子点太阳能电池通过以下两个效应可以大大增加光电转换效率： 1. 来自具有充足能量的单光子激发产生多激子； 2.在带隙里形成中间带，可以有多个带隙起作用，来产生电子空穴对。 量子点中间带太阳能电池的机理 中间带太阳电池能够捕获和吸收低于带隙能量的光子，使太阳电池可以在没有电压降低的情况下提高光电流。 在中间带太阳能电池需要解决的问题中，最关键的是解决光的有效吸收问题。 为了使光子有最大能量输出的同时使载流子的热损失最小，具有一定能量的光子应首先被相应的最宽的能隙吸收，同时要求价带到导带的吸收系数比价带到中间带的吸收系数大，价带到中间带的吸收系数比中间带到导带的吸收系数大。 其次是要求中间带必须是半满的，且应有足够的电子空穴对浓度，能够满足电子从价带到中间带的跃迁和中间带到导带跃迁的要求。 所谓的中间带材料是在传统半导体材料的价带和导带之间存在一个中间带。 三 总结与展望 在量子点太阳电池领域里，有关效率提高的实验证明：可以通过应用纳米材料技术突破效率限制。 量子点的量子效应大大提高了俄歇过程，有效的改进了形成电子空穴对的动力学弛豫，同时也提高了多激子产生的效率，因此可以达到提高光电流的目的。 尽管部分效应已经被证实但是要在没有电压下降的情况下提高光电流的目标还是没有很好的达到，这可能是由于量子点提供弱的光吸收的影响。 于是下一步的目标是通过同时增加量子点层的数量和研究新的多层器件设计来增加量子点的吸收截面。另外量子点太阳能电池的效率还与温度有关，因此还要在这些电池模型的辐射和温度效应方面继续努力。 THANK YOU * *