代太陽電池的發(fā)展ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 13:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ce）和 300 K（ 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%。 19 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 sinlim ????? KKTTks o u r c eit? 20 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 關(guān)于光電轉(zhuǎn)換效率 ? 這個數(shù)值沒有考慮電池的光子發(fā)射損失，因為模型假設(shè)這些損失能量又回到了太陽，使太陽保持自身的溫度。修正模型考慮了光子發(fā)射損失，并假設(shè)過程是可逆的，滿足卡諾循環(huán)的條件，由此得到的轉(zhuǎn)換效率是 %，這個數(shù)值是實際太陽電池的效率極限。 ? UNSW研究中心對轉(zhuǎn)換效率為 %的器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及發(fā)展前途作了全面研究。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太陽電池中采用一系列光循環(huán)裝置達到通道帶阻輻射。否則，太陽光轉(zhuǎn)換為有用功（包括電能）的熱力學(xué)極限效率計算結(jié)果為 %，與無限層 Tandem電池的理論效率相同。 ? 另一個研究結(jié)果是，理論上 Tandem電池不是獲得 %轉(zhuǎn)換效率的唯一途徑。其它一些模型，例如熱載流子和能量級聯(lián)電池的極限效率也是這一數(shù)值。 21 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 關(guān)于光電轉(zhuǎn)換效率 ? 標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的效率損失 ? 標(biāo)準(zhǔn)單結(jié)太陽電池能量損失來自如圖 1所示的幾種過程 22 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 圖 1 標(biāo)準(zhǔn)太陽電池能量損失過程。 (1) 晶格熱振動損失；(2)、 (3) pn結(jié)和接觸電壓損失； (4) 復(fù)合損失。 23 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 圖 2. 標(biāo)準(zhǔn)太陽電池的結(jié)構(gòu) 24 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 關(guān)于光電轉(zhuǎn)換效率 ? 主要損失是過程（ 1）：光激發(fā)電子 空穴對迅速失去多于禁帶寬度的多余能量。能量較低的紅光光子與能量較高的藍光光子在激發(fā)電子 空穴對產(chǎn)生輸出時是等效的。僅這一項損失就使標(biāo)準(zhǔn)電池的轉(zhuǎn)換效率局限至 44%左右。 ? 另一個重要損失是過程（ 4）：光激發(fā)電子 空穴對的復(fù)合。采用光生載流子壽命長的材料，亦即材料缺陷更少以消除載流子復(fù)合通道，可以將復(fù)合損失降至最低。此時，載流子壽命取決于電池內(nèi)部的輻射復(fù)合，即光激發(fā)過程的逆過程。 ? 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(dǎo)。推導(dǎo)引用了“黑體輻射”理論，這一理論為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。在一個太陽下，假設(shè)帶隙寬度 eV，理想標(biāo)準(zhǔn)電池的轉(zhuǎn)換效率極限計算結(jié)果為 %。 ? , , . 32 (1961) 510 25 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 關(guān)于光電轉(zhuǎn)換效率 ? 另外一個損失是由于接觸和 pn結(jié)處的電壓降，電池輸出電壓低于帶隙寬度可產(chǎn)生的電勢，如圖 1所示。采用聚光方法提高光強密度，可以減小此類壓降。 ? 在極限聚光倍數(shù)下（ 46200倍，此數(shù)值是根據(jù)卡諾循環(huán)得到的計算結(jié)果），理想太陽電池的轉(zhuǎn)換效率極限可以達到 %。 ? 需要注意的是在這種方式下，只有直射光才可以被聚焦。最大聚光倍數(shù)下的效率極限可以作為有關(guān)聚光和非聚光電池研究的參考數(shù)據(jù)，還可以作為經(jīng)典熱力學(xué)結(jié)果的參考。 26 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 27 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 薄膜太陽電池簡介 ? 非晶硅 微晶硅薄膜（ aSi/μcSi ） ? 710%, , Kaneka, Ersol, United Solar, Sharp ? 新奧， 百世德，正泰，強生，普樂 ? 碲化鎘薄膜 CdTe ? 911%, , First Solar ? 銅銦鎵硒薄膜 CIGS ? 1011%, Wuerth Solar ? 晶體硅薄膜， CSG ? 810% ? CZSS， 67%（實驗室） ? 染料敏化電池， 811%（實驗室） ? 有機太陽電池， 35%（實驗室） 28 太陽能系統(tǒng)研究所 Institute for Solar Energy Systems 2022/5/29 薄膜太陽電池簡介 ? Earth abundant copperzinctinchalcogenide (CZTSSe) is an important class of material for the development of low cost and sustainable thin film solar cells. The fabrication of CZTSSe solar cells by selenization of CZTS nanocrystals is presented. By tuning the position of the CZTS nanocrystals and developing a robust film coating method, a total area efficiency as high as % under AM illumination and light soaking has been achieved. ? Qijie Guo?, Grayson M. Ford?, WeiChang Yang?, Bryce C. Walker?, Eric A. Stach?, Hugh W. H
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