太阳能电池(中科院大连化物所).ppt

太阳能电池 主要内容 研究背景 太阳能电池的发展 1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%，于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上。 太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。一个4KW的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的用电需要，每年少排放的CO2的数量相当于一辆家庭轿车的年排放量。 由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，现在太阳能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前，年均增长率35%，是能源技术领域发展最快的行业。 太阳能电池的种类 无机太阳能电池 半导体硅 (单晶、多晶、非晶、复合型等） 化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等） 有机太阳能电池 有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等） 光化学太阳能电池（纳米TiO2等） 有机太阳能电池 工作原理: 有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子(excitons)之中,电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。 研究进展: 美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供0．7V的电压。 特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。 新型太阳能电池 材料与器件结构的研究与开发 各种太阳能电池材料研究 杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响 使用薄膜技术和剥离技术。 大规模生产技术的开发 跟踪与聚光 储电及并网发电结合 并网发电已占50% 以建成多个兆瓦级的电站，~100MW规模VS太阳能热发电站 与建筑物结合 架设太阳电池组件 日本：1994-2000年 2万套屋顶光伏系统185MW ；七万屋顶计划 280M 美国：1997~2010年 百万屋顶计划 3025MW 发电成本6美分 集成在建筑材料上 曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃 小 结 太阳能电池在航天技术发展中有着不可替代的作用。由于材料与器材结构的研究与开发,太阳电能池的地面应用的潜在能力得到了发挥。 从微观上认识光伏太阳能电池的本质，开展原位表征和超快时间分辨技术研究光生电子的迁移传输规律，为人们设计较高光电转换效率的半导体材料及染料敏化剂提供理论指导。 太阳能的开发利用是人类进入21世纪必须解决的难题。太阳能电池作为清洁太阳能转换装置将有利于缓解世界的能源危机和环境污染问题。太阳能电池的研究有着重要的意义。 * * * * * 中国科学院大连化学物理研究所 报告人：相彬 导师：李文钊研究员 徐恒泳研究员 25/04/2005 研究背景 工作原理 研究进展 小 结 传统化石能源→ 不可再生、环境污染、能源枯竭 可再生能源：风能、地热能、水能、潮汐能、太阳能等 ↓ 资源丰富、利用方便、洁净无污染 中华人民共和国 国家发展和改革委员会 《中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书》 石油 煤 天然气 其他 世界的能源结构 能源结构调整 太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能电池！ 每年排放的二氧化碳达210万吨 化石能源开采高峰2020~2030年 《新能源材料》 《21世纪太阳能新技术》 太阳光谱图 太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(Photovoltaic Effect)由太阳光与材料相互作用而产生电势。 UV Visible Infrared 48% 按照所用材料的不同： 无机太阳能电池 半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。 当太阳能电池受到阳光照射时，光与半导体相互作用可以产生光生载流子，所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。 工作原理 无机太阳能电池研究进展 表1 无机太阳能电池的性能及应用 Masafumi Yamaguchi,Tatsuya Takamoto,Kenji Araki，et al. Solar energy, 2005. 《新能源材料》雷永泉，万群，石永康，天津大学出版社，2000. 单晶硅：澳大利亚新南威尔士大学格林教授发电成本可降低为5~8美分/（kW·h） M. Gr?tzel, Photoelectrochemical cells, Nature 2001(414), 338 色素敏化光化学太阳能电池（DSSCs） 电池结构 阳极：染