太陽能電池極板材料的研究方向與性能對比(編輯修改稿)
2025-07-25 13:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 硅太陽能電池，其光譜響應(yīng)和空間能力以更好地配合。目前，硅電池的理論效率約為23％，而單結(jié)砷化鎵電池的理論效率為27％，而多結(jié)砷化鎵的理論效率超過50％。除此之外，它兼有更強(qiáng)的抗輻射能力和更好的耐高溫性能，由此成為公認(rèn)的新一代高性能長壽命空間主電源。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在250℃的條件砷化鎵電池仍然可以工作，200℃硅光電池已無法正常工作。圖七 砷化鎵電池結(jié)構(gòu)斷面及其UI曲線 目前，砷化鎵電池主要還是應(yīng)用在宇宙空間探測利用等方面，在地面使用較少。目前全世界專業(yè)制作砷化鎵聚光電池的工廠有美國的Emcore，SpectroLab(波音的子公司)和德國的Azur Space等，中國的產(chǎn)業(yè)化推廣還未成形。2007年8月開始，由于聚光技術(shù)的采用，砷化鎵電池從衛(wèi)星上的使用轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃獾奶柲馨l(fā)電站的規(guī)模應(yīng)用。為此，Emcore公司花了1000萬美元，將產(chǎn)能增加到目前的每年150兆瓦。在2008年，全球的砷化鎵電池的生產(chǎn)取得突破性的發(fā)展。4月，作為砷化鎵生產(chǎn)的全球主要廠家之一的Spectro Lab，獲得350兆瓦，9300萬美元（1000倍聚光）的電站訂單。在東亞地區(qū)，也有初步的生產(chǎn)推廣，2008年5月，韓國電站就接到70兆瓦，2800萬美元（500倍聚光）的訂單。 GaAs太陽能電池作為新一代高性能長壽命空間主電源，必然逐步取代目前廣泛采用的硅電池，在空間光伏領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。而我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展迫切需要這類高性能長壽命的空間主電源，目前在GaAs電池領(lǐng)域與國外先進(jìn)水平差距較大，必須加快研制，重點(diǎn)發(fā)展三結(jié)以上的高效率GaAs多結(jié)太陽能電池。 有機(jī)材料 主要是小分子材料和高分子聚合物材料。前者具有可加工成大面積以及有機(jī)小分子合成，表征相對簡單，化學(xué)結(jié)構(gòu)容易修飾，可以根據(jù)需要增減功能基團(tuán)，而且可以通過各種不同方式相互組合，已達(dá)到不同的目的，同時可以恰當(dāng)?shù)哪M生物體內(nèi)功能分子的作用。如：ＣｕＰＣ，ＡＬｑ３。后者具有成本低，制作方便，易于推廣普及等優(yōu)點(diǎn)。如：ＭＥＨＰＰＶ（對苯乙炔）。 較硅材料而言，有機(jī)材料具有制造面積大，廉價，柔性；制備工藝簡單，可采用真空蒸鍍或涂敷的方法制備成膜，或制作成作成柔性的太陽能電池；若繼續(xù)降低成本并減少大規(guī)模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響則可獲得更大收益。 %。圖八 有機(jī)電池光電流的形成主要有以下三種結(jié)構(gòu)： a) 單質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是以Schotty （肖特基）勢壘為基礎(chǔ)原理而制作的有機(jī)太陽能電池。其結(jié)構(gòu)為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極，利用了兩個電極的功函不同，可以產(chǎn)生一個電場，電子從低功函的金屬電極傳遞到高功函電極從而產(chǎn)生光電流。由于電子—空穴均在同一種材料中傳遞，所以其光電轉(zhuǎn)化率比較低。 b) PN 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是指這種結(jié)構(gòu)具有給體受體（N 型半導(dǎo)體與P 型半導(dǎo)體）的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。其中半導(dǎo)體的材料多為染料，如酞菁類化合物、北四甲醛亞胺類化合物，利用半導(dǎo)體層間的D/A 界面以及電子—空穴分別在不同的材料中傳遞的特性，使分離效率提高。結(jié)合無機(jī)以及有機(jī)化合物的優(yōu)點(diǎn)制得的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化率在5%~6%。c) 染料敏化太陽能電池（DSSC）主要是指以染料敏化的多空納米結(jié)構(gòu)TiO2 薄膜為光陽極的一類太陽能電池。它是仿生植物葉綠素光合作用原理的太陽能電池。而NPC 太陽能電池可選用適當(dāng)?shù)难趸€原電解質(zhì)從而
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