【正文】 電池迅猛發(fā)展的今天，也有學者對 Martin A. Green三代電池的說法提出了異議，討論的核心在于薄膜電池能否取代第一代電池。 26 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 ? 晶體管之父 William Bradford Shockley 或許沒有想到，他關(guān)于半導體的工作不僅引發(fā)了一次產(chǎn)業(yè)革命，在數(shù)十年后又為另外一個龐大行業(yè)提供了研究的基礎(chǔ)。對于多個 pn結(jié)結(jié)構(gòu)的多結(jié)疊層電池和采用納米技術(shù)制備的新材料和新結(jié)構(gòu)的電池而言，它們不受 Shockley 極限的限制，以至可獲得超過 40%甚至 50%的效率。 ? 則溫度為 6000K（ Tsource）和 300K（ Tsink）的兩個熱庫之間的能量轉(zhuǎn)換效率受卡諾循環(huán)限制（ 1 Tsource/ Tsink）為 95%。指出達到這一極限效率的電池器件是有可能實現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)為在無限層 Tandem電池中采用一系列光循環(huán)裝置達到通道帶阻輻射。 31 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 ? 標準太陽電池的效率損失 ? 標準單結(jié)太陽電池能量損失來自如圖 2 1所示的幾種過程 32 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 圖 2 1 標準太陽電池能量損失過程。僅這一項損失就使標準電池的轉(zhuǎn)換效率局限至 44%左右。 ? 光吸收和發(fā)射過程的對稱性可用于太陽電池性能的理論極限的推導。采用聚光方法提高光強密度，可以減小此類壓降。 ? 36 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 37 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 商業(yè)化的薄膜電池簡介 ? 非晶硅 微晶硅薄膜（ aSi/μcSi ） ? 59%, ? Kaneka, Ersol, United Solar, Sharp ? 杜邦，新奧， 百世德，正泰，天裕，強生，普樂，拓日，創(chuàng)益等 ? 碲化鎘薄膜 CdTe ? First Solar， ＧＥ ? 911%, ? 銅銦鎵硒薄膜 CIGS ? Wuerth Solar，昭和殼牌等 ? 1011% ? 晶體硅薄膜 CSG ? 810% 38 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 化合物多能帶疊層太陽電池 ? 多能帶疊層電池是目前唯一一個已突破 ShockleyQueisser極限并且已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的電池。 39 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 ? 多能帶疊層電池是一個很好的想法，在 1955年就由 Jackon提出，并在 1978年首次由 Moon用實驗證實。 ? 三年后， NREL刷新了 GaInP/GaAs疊層電池的效率紀錄，達到 %。注意到當結(jié)數(shù)由 1變化為 2時，效率增長非常明顯，結(jié)數(shù)超過 2之后，增加 pn結(jié)數(shù)目對效率的貢獻減弱。迄今而至，在非聚光條件下，三結(jié)電池的世界紀錄由 NREL保持，采用GaInP/GaInAs/Ge體系，轉(zhuǎn)換效率達到了 32%； ? 二結(jié)電池的世界紀錄由日本能源公司保持，采用 GaInP/GaAs體系，轉(zhuǎn)換效率達到 %。 44 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 全硅疊層太陽電池 ? 新南威爾士研究組將全硅疊層技術(shù)定為向第三代光伏技術(shù)進軍的兩個課題之一。研究者發(fā)現(xiàn)，當薄層為 1 nm左右時，帶隙可以提高到 eV，接著他們又做了 2 nm的量子點超晶格結(jié)構(gòu)，帶隙同樣可以提高到 eV。 45 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 單結(jié)晶硅電池效率 29% ( eV) 雙結(jié)： % ( eV) 三結(jié)： % (2 ) 46 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 熱載流子太陽電池 ? 當能量超過帶隙的光子被價帶電子吸收后，價帶電子將躍遷到導帶，由于吸收的能量足夠大，大于帶隙多余的那部分能量成為載流子的動能，光子的能量越大，則載流子的動能就越大。這種熱載流子電池的極限效率可以達到很高，在非聚光情況下甚至可以超過 65%，而結(jié)構(gòu)相對于其他電池而言，比如多能帶疊層電池，要簡單得多。 ? 其次，必須設(shè)計一個專門的電極收集熱載流子，以避免熱載流子在于“冷”金屬電極之間的接觸中消耗能量。 W252。不同點在于，當熱載流子產(chǎn)生以后，熱載流子電池想辦法把這些熱載流子傳遞出去，而多電子空穴對電池則是想辦法讓這些熱載流子產(chǎn)生更多的載流子。 ? 在新南威爾士，當 350 nm波段的光照射的時候，人們觀測到量子效率約為 ，當波長縮短為 250 nm時，量子效率達到 。 ? 研究表明，只有當載流子的動能高出帶隙幾倍的情況下碰撞電離的產(chǎn)生速率才可以大致等于聲子散射速率。 52 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 光譜轉(zhuǎn)換技術(shù) ? 光譜轉(zhuǎn)換也是一個熱門的課題，通過將太陽光譜中的上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以將近紅外波段和紫外波段的光波轉(zhuǎn)換為可見波段，從而增加太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率。 53 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2023/3/4 結(jié)束語 ? 在光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，材料科學和納米科學的迅猛發(fā)展，使得新型材料和結(jié)構(gòu)的制備成為可能，也使得很多之前受囿于技術(shù)的理念以及新的想法得到實現(xiàn)。 , March 4, 2023 雨中黃葉樹，燈下白頭人。 :38:3911:38:39March 4, 2023 1他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。 上午 11時 38分 39秒 上午 11時 38分 11:38: 沒有失敗，只有暫時停止成功！。 11:38:3911:38:3911:38Saturday, March 4, 2023 1不知香積寺，數(shù)里入云峰。 2023年 3月 4日星期六 11時 38分 39秒 11:38:394 March 2023 1空山新雨后，天氣晚來秋。 :38:3911:38Mar234Mar23 1越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。 2023年 3月 4日星期六 上午 11時 38分 39秒 11:38: 1最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于