光電效應(yīng)與光伏電池(參考版)
2025-03-25 01:08本頁(yè)面
【正文】 。 ? 我國(guó)將建設(shè)較大規(guī)模的太陽(yáng)能光伏電站和太陽(yáng)能發(fā)電電站，到 2022年，建成大型并網(wǎng)光伏電站總?cè)萘?2萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能熱發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到 5萬(wàn)千瓦。 ④ 光伏材料和器件的制備與表征技術(shù)。 ② 光伏材料開(kāi)發(fā)與性能改善。 Solar cells、 Organic Electronics、 J. Mater. Chem等雜志上介紹了利用卷對(duì)卷 (rolltoroll)絲網(wǎng)印刷 (screen printing)、涂布 (spin cost)等技術(shù)制作的聚合物柔性太陽(yáng)電池， PCE達(dá)到 %，并對(duì)提高這種電池的能量轉(zhuǎn)換效率、生產(chǎn)成本和空氣穩(wěn)定性等性能的技術(shù)進(jìn)行了分析。與共軛聚合物不同，其在有機(jī)溶劑中溶解度很低，文獻(xiàn)中有通過(guò)在有機(jī)溶劑中添加質(zhì)子酸 (濃硫酸或三氟乙酸 TFA)提高其溶解度的報(bào)道，但這會(huì)影響 ZnO粒子。 △用同樣的方法通過(guò)加入 2丙胺活性劑制備出能在混合溶液中穩(wěn)定存在的 ZnO納米棒，其性能稍微差于基于納米粒子的器件，主要原因在于表面活性劑大大影響了器件的性能。 △制備出能在氯苯 (或氯仿 )與甲醇的混合溶液中穩(wěn)定存在的 ZnO納米粒子，與溶解有 MDMOPPV的氯苯溶液混合后旋涂在提前旋涂一層 PEDOT： PSS的ITO玻璃上，通過(guò)前驅(qū)體溶液中 Zn2+： OH濃度的比值調(diào)節(jié) ZnO粒子的尺寸由 7nm不等，粒子尺寸越小，器件性能越高。目前制備雜化太陽(yáng)電池薄膜的主要方法為旋涂法、電沉積法和層層自組裝法 (LBL:layerbylayer assembly)。有機(jī)材料價(jià)格低廉，容易制備且能通過(guò)分子設(shè)計(jì)和化學(xué)合成調(diào)整其功能，而無(wú)機(jī)半導(dǎo)體能被制備成納米結(jié)構(gòu)，從而具有較高的吸光系數(shù)和尺寸可調(diào)性，通過(guò)改變納米粒子的尺寸能改變其帶隙進(jìn)而調(diào)整其吸光范圍。 ? 太陽(yáng)光譜可以被分成連續(xù)的若干部分，用能帶寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來(lái)，讓波長(zhǎng)最短的光被最外邊的寬隙材料電池利用，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能夠透射進(jìn)去讓較窄能隙材料電池利用，這就有可能最大限度的將光能變成電能，這樣的電池結(jié)構(gòu)就是疊層電池，可以大大提高性能和穩(wěn)定性。 tzel教授制作了第一個(gè)染料敏化太陽(yáng)電池，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 %，目前這種電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)11%以上，而其成本僅為硅太陽(yáng)電池的 1/5。被氧化的染料分子被電解質(zhì)溶液中的 I?還原為基態(tài)，電解質(zhì)中產(chǎn)生的 I3?又被電子還原為 I?，從而構(gòu)成了一個(gè)電化學(xué)循環(huán)。 吸附在納米 TiO2表面上的染料光敏化劑在可見(jiàn)光的作用下，電子通過(guò)吸收太陽(yáng)光能而從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。 ? 本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是目前有機(jī)聚合物 (Polymerfullerene)、有機(jī)小分子和無(wú)機(jī)納米晶 /有機(jī)半導(dǎo)體雜化太陽(yáng)電池的主要研究方向。 將施主材料和受主材料混合分布在同一層中，大大增加了施主 /受主界面的面積，使激子能夠運(yùn)動(dòng)非常短的距離就可以得到有效分離，這種結(jié)構(gòu)叫分散式 (混合或本體異質(zhì)結(jié) Bulk Heterojuntion, BHJ)異質(zhì)結(jié)。 C. W. Tang于 1986年第一次提出了雙層有機(jī)太陽(yáng)電池的概念。 ?有機(jī)給體 受體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)電池 : 當(dāng)光與給體分子相互作用時(shí)，受激發(fā)的電子給體吸收光子，其最高已占軌道 HOMO上的一個(gè)電子躍遷到最低未占軌道 LUMO，形成激子，通常由于給體 (p型 ) LUMO的電離勢(shì)比受體 (n型 )LUMO的電離勢(shì)低，電子就有給體轉(zhuǎn)移到受體，從而完成電子的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)激子的分離。 ?單層有機(jī)太陽(yáng)電池又叫肖特基 (Schottky)型太陽(yáng)電池 : 兩個(gè)電極之間夾著一層有機(jī)材料，電極一般都是 ITO和低功函數(shù)金屬 Al、Ca、 Mg，其內(nèi)建電場(chǎng)源于兩個(gè)電極的功函數(shù)差異或者金屬 有機(jī)染料接觸而形成的肖特基勢(shì)壘。多數(shù)的有機(jī)和高分子半導(dǎo)體材料是 p型的，如聚 (苯乙烯撐 ) (PPV) 、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等衍生物等。此外，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中吸收一定能量的光子后將會(huì)產(chǎn)生分離的自由點(diǎn)子和空穴，而有機(jī)半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子將束縛在空穴周?chē)?，形成呈電中性的電子空穴?duì) 激子 (exciton)。而有機(jī)半導(dǎo)體中分子間只有很弱的范德華力結(jié)合在一起，導(dǎo)致分子的 LUMO和 HOMO之間相互作用力太弱不能形成導(dǎo)帶和價(jià)帶 (也可稱(chēng)之為“導(dǎo)帶、價(jià)帶” )。 ③ 銅銦硒 (CuInSe2， CIS)和銅銦鎵硒 (CuInxGa1xSe2， CIGS)化合物薄膜電池：CIS材料的能降為 ，是良好的太陽(yáng)能電池半導(dǎo)體材料，價(jià)格低廉、性能良好，目前光電轉(zhuǎn)換效率約在 15%左右。砷化鎵系列太陽(yáng)能電池包括單晶GaAs、多晶 GaAs、鎵鋁砷 GaAs異質(zhì)結(jié)、金屬 半導(dǎo)體 GaA
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