光合作用的仿生模拟.ppt

6.铜铟（镓）硒（CIS/CIGS）薄膜太阳电池 当前铜铟镓硒薄膜太阳电池研究和发展所面临的主要问题就是寻找一种便于产业化、可大面积、均匀沉积器件级质量的铜铟镓硒薄膜的技术。这也是铜铟镓硒薄膜太阳电池从实验室阶段走向大规模工业化生产必须克服的最大壁垒。 最近，日本Tokyo Institute of Technology 用In-Se 代替CdS 做为缓冲层在0.179cm2的面积上制备出效率为13.0％的CGIS薄膜太阳电池是一个可喜的进展 。此外，由于In、Se和Ga都是比较稀有的贵重金属，一旦进行CIGS薄膜太阳电池的大规模工业化生产其成本和来源都是个问题。 7.碲化镉（CdTe）太阳电池 碲化镉带隙宽度为1.45eV，具有极高的光吸收系数，1μm厚的薄膜足以将99％的可利用的太阳光吸收掉,是一种非常理想的光伏太阳能转换材料。 美国NERL 于2001年， 制出16.4％的CdTe薄膜太阳电池，是这种电池的最高实验室效率。 BP Solar 公司已制备出最高转换效率为10.6％的CdS/CdTe薄膜太阳电池组件 (1) 制备工艺还没有完全达到大规模产业化发展的要求。 (2)电池效率的稳定性问题。 (3)Cd污染的问题。 砷化镓太阳能电池 一般条件下转化率18％ 聚光条件下高达37％，接近理论极限 各种硅电池的市场份额 聚合物太阳能电池 聚合物太阳电池是太阳电池新兴的一个分支。自从1986年C. W. Tang提出双层有机光伏器件结构以来，人们认识到施主-受主（Donor-Acceptor）界面可使有机材料中的激子有效分离。在聚合物体系中人们采用混合膜（也称为体异质结）结构大大增加了施主-受主界面面积因而获得了很好的效果。 聚合物太阳能电池构造 活性层：共轭聚合物（给体）/C60衍生物（受体） 双层（异质结）或共混（本体异质结） LUMO LUMO HOMO HOMO MEH-PPV C60 e- h+ ITO Metal EF EF hv MEH-PPV/C60双层结构器件光诱导电荷分离 和电荷传输的基本原理 2.8eV 4.9eV 3.7eV 6.1eV 电子输运层 空穴输运层 1，低成本、易制备。 2，大面积成膜。 3，可制备成柔性器件。 聚合物太阳能电池的 优点： 缺点： 能量转换效率较低（迄今文献报道最高值3.85%, C.J. Brabec, Solar Energy Materials Solar Cells,2004, 83: 273-292）， 由于： 1，聚合物材料的光吸收谱与太阳的发射光谱不匹配。 2，载流子迁移率较低。 化学所已取得的研究进展： 聚合物/PCBM太阳能电池的光电转换特性，能量转换效率达到3.2% 有机太阳电池的优点： （1）柔韧性 （2）成本低 （3）好的电绝缘性 图1.10 有机太阳电池的柔韧性 光电极：TiO2纳米粒子薄膜，染料为联吡啶钌配合物，及其他染料 TiO2染料敏化太阳电池 大比表面积 单层吸附染料 多孔性易于空穴传输 纳米晶薄膜易于电子传输 典型的三层结构（半导体纳晶，染料，电解质） load Ti TiO2 e e Dye molecule ITO 纳晶 TiO2 电解质 Pt Counter hu 染料 优点：制作成本是单晶硅太阳能电池的1/5 液态纳晶太阳能电池光电转化效率 8—10% 存在的问题： 电解液渗漏和溶剂挥发性能下降、寿命缩短 固态电池效率达5.3%, 存在问题：稳定性和寿命。 钌为贵金属，大规模制作成本必定会上涨 目前尚未产业化 1998,Sommeling et al 1998,M,Gratzel,Black-dye,10.4%(AM1.5) 2001,A.Hagfektt et al 6.2% (AM1.5) 2002,W.Kubo et al,6.0%(AM1.5) 2003, 1993,M,Gratzel,N719-dye,10.58%(AM1.5) 2004,M,Gratzel,11.04%(AM1.5) 1976,H.Tsubomura,et al,ZnO,2.5%(at 563nm) 1991,M.Gratzel,N3-dye,7.1-7.9%(AM1.5) 1998.K.Tennakone, CuI,4.5%(simulated sunlight) 2003,M.Gratzel, 6.6% (AM1.5) 1993,M.Gratzel,Red-dye,10.0%(AM1.5) TiO2染料敏化太阳电池发展简况 8％ 11％ TiO2染料敏化 － 3.6％ 有机太阳电池 10.6％ 16.4％ 碲化镉 13％ 18.8％ 铜铟镓硒