太阳能电池极板材料的研究方向与性能对比VIP免费

第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共10页太阳能电池极板材料的研究方向及性能对比摘要：对于太阳能电池的两大类材料的一些新兴研究成果进行了总结归纳，具体介绍一些热门材料的生产加工工艺以及性能评估，并做出横向对比与评价，并由此对于太阳能电池的发展方向做出展望。关键词：多晶硅薄膜太阳能电池；碲化镉；铜-铟硒化物/硫化物；染料敏化太阳能电池；有机太阳能电池；转换效率。1引言尽管地球上的能源危机以及环境问题在新世纪中已经被一而再再而三的提及，并在一定程度上得到了重视，但人类真正能够改变这一困境的方法和能力还在进一步摸索与加强中。太阳能电池的研究，正是在这方面努力中不可忽视的一部分。与传统矿石燃料相比，太阳能的优势显而易见：取之不尽用之不竭；清洁无污染；可利用范围广泛；适宜采用新兴的分布式发电进行配送，保证电能的充分利用。遗憾的是，从目前看，太阳能发电（即光伏发电）的成本依旧难以得到有效削减，导致其应用领域局限于一些特定场合，如卫星供电，以及在光能充足的地区集中发电以提高效率。成本在很大程度上取决于极板材料的价格，而研发新型高效低价的极板材料正是光伏发电领域最重要的课题。目前研究领域最主流的两类光伏材料是：1.无机材料，包括单晶、多晶、无定形硅材料，碲化镉材料，CuInSe铜铟硒化物，以及GaAs砷化镓等半导体材料；2.有机材料，即塑料类的高分子有机物材料及染料敏化材料，主体为在二氧化钛涂层中渗透的化学染料。下面就详细介绍这三大类材料的研究进展。第2页共10页第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共10页2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。太阳能电池将太阳光转换为自然光中的量子光子。当光照射太阳电池时，将产生一个由n区到p区的光生电流Ipn。同时,由于pn结二极管的特性，存在正向二极管电流ID,此电流方向从p区到n区，与光生电流相反。太阳电池的转换效率η定义为太阳电池的最大输出功率与照射到太阳电池的总辐射能Pin之比。最大理论转化效率与材料的能带间隙有很大关系，如下图。图一太阳能电池的最大理论效率与材料能带间隙关系曲线图二太阳能电池的UI曲线第3页共10页第2页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共10页3.1无机材料光伏市场所占比重最大的材料当属无机材料，其中以硅材料为主导原材料，单晶硅、多晶硅、无定形硅都占据了一定的市场。当然，随着研究的发展，各种其他无机材料相继出现，并凭借各自的特点得到越来越多的应用。其中以铜铟硒化物和砷化镓较为突出。下面就一些前沿发展方向做一详述。a)多晶硅薄膜太阳能电池对于硅太阳能电池而言，单晶硅的光电转化效率是最高的，在实验室里最高的转换效率为24.7%，但应用恰克拉斯基法（czochralskiprocess）拉制的单晶硅成本很高，无法有效削减电池成本。目前太阳电池用硅材料大多来自半导体硅材料的外品和单晶硅的头尾料,不能满足光伏工业发展的需要。原材料的成本占据了所发电能一半的价值。正因为如此，材料方面具有削减开支，进而降低能源价格的最大潜能。基于这样的考虑，所谓的第二代太阳能电池的概念被提出了。当前光电池中，昂贵的硅片的大半厚度仅仅起到了力学支撑的作用，而同样的作用完全可以交给价格低廉的衬底来完成。于是，以普通材料为衬底，而在上面沉积形成多晶硅薄膜，成为一种新的思路，并被广泛研究，形成了一系列生产方式和工艺，其实验室最高转换效率达到18%左右。然而，衬底的材料选取并不是多晶硅薄膜太阳能电池的瓶颈所在。如何使得硅在衬底上有效率的生长，而减少瑕疵的产生，从而提高转换效率，才是该材料发展的关键。目前成熟的工艺有化学气相沉积CVD（ChemicalVaporDeposition）法，即把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成...