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1、会计学1无机太阳能电池的发展概况及趋势无机太阳能电池的发展概况及趋势对太阳能电池材料一般的要求对太阳能电池材料一般的要求n n 1、半导体材料的禁带不能太宽；n n 2、要有较高的光电转换效率：n n 3、材料本身对环境不造成污染；n n 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。第1页/共22页太阳能电池的分类：太阳能电池的分类：无机：无机：n n1 1，硅太阳能电池，硅太阳能电池n n2 2，多元化合物薄膜太阳能电池，多元化合物薄膜太阳能电池n n3 3，纳米晶太阳能电池，纳米晶太阳能电池 有机：有机：n n4 4，聚合物多层修饰电极型太阳能电池，聚合物多层修饰电极型太阳能电池n n5 5，有
2、机太阳能电池，有机太阳能电池第2页/共22页1，硅太阳能电池，硅太阳能电池n n硅太阳能电池又包括：n na,单晶硅太阳能电池;n nb,多晶硅薄膜太阳能电池;n nc,非晶硅薄膜太阳能电池.第3页/共22页单晶硅太阳能电池的特性单晶硅太阳能电池的特性n n优点：电池转换效率最高，技术也最为成熟。在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位。n n缺点：单晶硅成本价格高，大幅度降低其成本很困难。第4页/共22页多晶硅薄膜太阳能电池多晶硅薄膜太阳能电池n n优点：与单晶硅比较,成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜电池。实验室最高转换效率为18%
3、,工业规模生产的转换效率为10%。n n缺点：与单晶硅相比转换效率较低。第5页/共22页非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅薄膜太阳能电池n n优点：成本低，重量轻，转换效率较高，便于大规模生产。n n缺点：受制于其材料引发的光电效率衰退效应，稳定性不高，直接影响了它的实际应用。第6页/共22页硅太阳能电池的发展趋势硅太阳能电池的发展趋势n n是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。n n单晶硅由于成本较高，制作工艺较复杂。发展受到很大的限制。单晶硅由于成本较高，制作工艺较复杂。发展受到很大的限制。n n非晶硅薄膜太阳能电池如果能进一步解决稳定性问题及提高转换非晶
4、硅薄膜太阳能电池如果能进一步解决稳定性问题及提高转换率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展率问题，那么，非晶硅太阳能电池无疑是太阳能电池的主要发展产品之一，有很大的潜力。产品之一，有很大的潜力。n n多晶硅薄膜太阳能电池性能在上面两种太阳能电池之间，所以多多晶硅薄膜太阳能电池性能在上面两种太阳能电池之间，所以多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。第7页/共22页2，多元化合物薄膜太阳能电池，多元化合物薄膜太阳能电池n n主要材料是无机盐，它主要包括以下几种：砷化镓III-V族化合物、硫化镉、硫化镉及铜锢硒薄膜
5、电池等。第8页/共22页多晶薄膜电池多晶薄膜电池n n硫化镉、碲化镉多晶薄膜电池的效率较非晶硅薄膜太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，因此，并不是晶体硅太阳能电池最理想的替代产品。第9页/共22页砷化镓太阳能电池砷化镓太阳能电池n n优点：n n 砷化镓（GaAs）III-V化合物电池的转换效率可达28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光学带隙以及较高的吸收效率,抗辐照能力强,对热不敏感，适合于制造高效单结电池。n n 缺点：n n GaAs材料的价格不菲,因而在很大程度上限制了用GaAs电池的普及。第10页/共22页铜铟硒薄膜
6、电池铜铟硒薄膜电池n n铜铟硒薄膜电池（简称CIS）适合光电转换，不存在光致衰退问题，转换效率和多晶硅一样。具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，将成为今后发展太阳能电池的一个重要方向。唯一的问题是材料的来源，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此，这类电池的发展又必然受到限制。第11页/共22页3，纳米晶太阳能电池，纳米晶太阳能电池n n纳米晶化学太阳能电池（简称NPC电池）是由一种在禁带半导体材料修饰、组装到另一种大能隙半导体材料上形成的，窄禁带半导体材料采用过渡金属Ru以及Os等的有机化合物敏化染料，大能隙半导体材料为纳米多晶TiO2并制成电极，此外NPC电池还选用适当的氧化-还原电解质。
7、n n。第12页/共22页n n优点：廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能，其光电效率稳定在10%以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/51/10。寿命能达到20年以上。n n发展趋势：虽然此类电池的研究和开发刚刚起步，不久的将来会逐步走上市场。第13页/共22页4，聚合物多层修饰电极型太阳能电池（有机），聚合物多层修饰电极型太阳能电池（有机）n n优点：有机材料柔性好，制作容易，材料来源广泛，成本底。n n缺点：以有机材料制备太阳能电池的研究仅仅刚开始，不论是使用寿命，还是电池效率都不能和无机材料特别是硅电池相比。第14页/共22页总的发展趋势总的发展趋势n n目前市场生产和使用的太阳能光伏电池大
8、多数是用晶体硅材料制作的，由切割、铸锭或者锻造的方法获得。n n薄膜材料的太阳能电池是一层薄膜附着在低价的衬背上电池。n n薄膜太阳能电池由于用材少、重量小、外表光滑、安装方便而更具发展潜力。第15页/共22页无极太阳能电池的工作原理无极太阳能电池的工作原理n n太阳光照在半导体太阳光照在半导体p-np-n结上，形成新的空穴结上，形成新的空穴-电电子对，在子对，在p-np-n结电场的作用下，空穴由结电场的作用下，空穴由n n区流向区流向p p区，电子由区，电子由p p区流向区流向n n区，接通电路后就形成区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。电流。这就是光电效应太阳能电
9、池的工作原理。第16页/共22页能带分析能带分析第17页/共22页光致衰退效应光致衰退效应n n经光辐照过的PIN型非晶硅太阳电池的空间电荷效应主要表现在i层中正空间电荷的增加，使电场分布向pi结面集中，在靠近ni结附近区域内出现准中性区（低场“死层”），导致有源区内光生载流子收集率的减少和电池性能因光的长期辐照而衰退第18页/共22页GaAs太阳能电池太阳能电池n n理论上讲GaAs太阳能电池的极限效率要大于其他太阳能电池的极限效率，因为GaAs太阳电池的禁带宽度在1.4ev，和地面太阳光光谱能量的最值最为接近第19页/共22页纳米晶纳米晶纳米晶纳米晶TiO2TiO2工作原理工作原理工作原理工作原理n n 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速注入到紧邻的TiO2TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入得到补偿，进入TiO2TiO2导带中的电于最终进入导电膜导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回然后通过外回路产生光电流路产生光电流第20页/共22页n 谢谢大家！第21页/共22页