太阳能电池材料教学课件.ppt

目 录 背景 1 基本原理 2 有机化合物太阳能电池 4 发展前景 5 电池应用 3 背 景 地球每天接收的太阳能，相当于整个世界一年所消耗的总能量的200倍。太阳每秒发出的能量就大约相当于1.3亿亿吨标准煤完全燃烧时所释放出的全部热量。 包括风能、海洋能等，都是太阳能的子孙，都是太阳能转换而成。 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生清洁能源。 太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一 太阳能电池是太阳能利用的重要途径之一 太阳能电池基本原理 1.太阳能电池 太阳能电池（Solar Cells）,也称为光伏电池，是将太阳光辐射能直接转换为电能的器件。由这种器件封装成太阳能电池组件，再按需要将一定数量的组件组合成一定功率的太阳电池方阵，经与储能装置、测量控制装置及直流--交流变换装置等相配套，即构成太阳电池发电系统，也称为光伏发电系统。 2.光伏特效应 光生伏特效应，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电势差的现象，简称“光伏效应”。 太阳能电池基本原理 太阳能电池是由电性质不同的n型半导体和p型半导体连接合成，一边是p区,一边是 n 区，在两个相互接触的界面附近形成一个结叫p - n结，结区内形成内建电场，成为电荷运动的势垒。 太阳能电池基本原理 当太阳光入射到太阳电池表面上后,所吸收得能量大于禁带宽度，在p-n结中产生电子-空穴对，在p-n结内建电场作用下，空穴向p区移动，电子向n区移动，从而在p区形成空穴积累，在n区形成电子积累。若电路闭合，形成电流。 太阳能电池的应用 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 太阳能电池的应用 交通设施 交通/铁路信号灯 交通警示/标志灯 高空障碍灯 太阳能电池的应用 通信方面 光缆维护站 小型通信机 信号发射塔 太阳能电池的应用 建筑设施 太阳能电池的应用 航空航天 卫星供电电池 航天飞机供电 探测器电池 太阳能电池的应用 太阳能汽车 太阳能电池的应用 太阳能电池的应用 家电方面 手提灯 节能灯 充电器 太阳能电池的分类 按材料分类 硅太阳能电池 多元化合物薄膜太阳能电池 有机化合物太阳能电池 敏化纳米晶太阳能电池 聚合物多层修饰电极型太阳能电池 有机化合物太阳能电池 有机化合物太阳能电池 定义： 有机太阳能电池，就是由有机材料构成核心部分，基于有机半导体的光生伏特效应，通过有机材料吸收光子从而实现光电转换的太阳能电池。 有机化合物太阳能电池 有机太阳能电池机理 光的吸收和激子的产生： 光被有机材料吸收后激发有机分 子从而产生激子。 激子的扩散和解离： 通常激子可以被电场、杂质和适 当的界面所解离。 载流子的收集：由于有机太阳能电 池器件的厚度很薄，两个电极的功 函数差值建立起来的电场较强， 可以较为有效地分离自由载流子 形成回路 有机化合物太阳能电池 单质结结构　　 单质结结构是以Schotty 势垒为基础原理而制作的有机太阳能电池。其结构为玻璃/金属电极/染料/金属电极，利用了两个电极的功函不同，可以产生一个电场，电子从低功函的金属电极传递到高功函电极从而产生光电流。由于电子—空穴均在同一种材料中传递，所以其光电转化率比较低。　 有机太阳能电池以有光敏性质的有机物作为半导体材料，以光伏效应而产生电压形成电流。有机太阳能电池按照半导体的材料可以分为单质结结构、pn异质结结构和染料敏化纳米晶结构。 P—N 异质结结构 P-N 异质结结构是指这种结构具有给体-受体（N 型半导体与P 型半导体）的异质结结构。其中半导体的材料多为染料，如酞菁类化合物、北四甲醛亚胺类化合物，利用半导体层间的D/A 界面以及电子—空穴分别在不同的材料中传递的特性，使分离效率提高。 NPC(nanocristaline photovoltaic cell)染料敏化纳米晶 　　染料敏化太阳能电池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空纳米结构TiO2 薄膜为光阳极的一类太阳能电池。它是仿生植物叶绿素光合作用原理的太阳能电池。而NPC 太阳能电池可选用适当的氧化还原电解质从而使光电效率提高，一般可稳定于10%，并且纳米晶TiO2 制备简便，成本低廉，寿命可观，具有不错的市场前景。 有机太阳能电池常用材料 小分子材料：是一些含共轭体系的染料分子，它们能够很好地吸收可见光从而表现出较好的光电转换特性。有机太阳能电池器件中常用的小分子材料主要有酞著、叶琳、并五苯和富勒烯等。 聚合物材料：太阳能电池上应用的聚合物首先必须是导电高分子，并且聚合物的微观结构和宏观结构都对聚合物材料的光电特性有较大影响。导电性聚合物的分子结构特征是含有大的π电子共扼体系，而聚合物材料的分