太阳能电池材料课件.ppt

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1、太阳能电池材料研究进展,组员：吴会耀 李长亮 贾子轩 周立强,1893年 法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”，即“光伏效应”。1930年 肖特基提出Cu2O势垒的“光伏效应”理论。同年，朗格首次提出用“光伏效应”制造“太阳电池”，使太阳能变成电能。1941年奥尔在硅上发现光伏效应。1954年恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室，首次制成了实用的单晶太阳能电池，效率为6%。同年，韦克尔首次发现了砷化镓有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成了第一块薄膜太阳能电池。,太阳能电池发展历史,1958年 太阳能电池首次在空间应用，装备美国先锋1号卫星电源。1959年 第一个多晶硅太阳能电池问世，效率达5%

2、。1975年 非晶硅太阳能电池问世。1980年 单晶硅太阳能电池效率达20%，砷化镓电池达22.5%，多晶硅电池达14.5%，硫化镉电池达9.15%。1998年 单晶硅光伏电池效率达25%。荷兰政府提出“荷兰百万个太阳光伏屋顶计划”，到2020年完成。,太阳能电池发展历史,太阳能电池,硅太阳能电池,单晶化合物太阳能电池,多晶化合物太阳能电池,非晶硅太阳能电池,结晶系太阳能电池,单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,无机化合物太阳能电池,有机化合物太阳能电池,太阳能电池的分类（按基体材料分）,目前各类太阳能电池的实验室转换效率的记录,第一代：单晶硅和多晶硅两种单晶硅电池转换效率最高，但生产成本高。

3、第二代：薄膜太阳能电池基于薄膜技术基础之上，主要采用非晶硅及氧化物等为材料。效率比第一代低，但生产成本最低。第三代：化合物薄膜太阳能电池（铜铟硒（CIS）等及薄膜Si系太阳能电池。转化效率高，低成本，存在潜在庞大的经济效应。,太阳能电池的分类,A纳米晶体TiO_2多孔膜的制备、性能及其在太阳能电池中的应用 BGraetzel型光电化学太阳能电池(PEC)研究进展C染料敏化TiO_2纳晶太阳能电池研究进展,太阳能电池的分类,硅太阳能电池（按基体材料分）,单晶硅太阳能电池(Single Crystaline-Si)单晶硅太阳能电池制造工程由电池片工程和模板工程组成。电池片工程大致可分为如下三部分：

4、从原材料制造单晶硅棒。将单晶硅棒切断，加工成半圆片状。形成pn结、加入电极，制成电池片。,生产工艺：,导电玻璃 膜切割 清洗 检测 镀铝电极 沉积PN结 老化 检测 封装 成品检测,单晶硅太阳能电池,(2)多晶硅太阳能电池(Polycrystaline-Si)在制作多晶硅太阳能电池时，作为原料的高纯硅不是拉成单晶，而是熔化后浇铸成正方形的硅锭，然后使用切割机切成薄片，再加工成电池。多晶硅薄膜是由许多大小不等和具有不同晶面取向的小晶粒构成的。其晶粒尺寸一般约在几十至几百nm级，大颗粒尺寸可达m级。,多晶硅太阳能电池,(3)非晶硅太阳能电池(Amorphous-Si)非晶硅(又称-Si)太阳能电池

5、一般是用高频辉光放电等方法使硅烷(SiH4)气体分解沉积而成的。非晶硅的禁带宽度为1.7eV，通过掺硼或掺磷可得到P型-Si或N型-Si。非晶硅中由于原子排列缺少结晶硅中的规则性，缺陷多，因此单纯的非晶硅P-N结中，隧道电流往往占主导地位，使其呈现无整流特性，不能制作太阳能电池。,非晶硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,三种硅基太阳能电池性能分析,(4)微晶硅(c-Si)太阳能电池 非晶硅对红外区域太阳辐射不敏感，本身具有光致衰退效应，稳定性不好，在非晶硅薄膜基础上经退火处理得到微晶硅薄膜太阳能电池，稳定性和光转换效率得到提高。（禁带宽度接近单晶硅，为1.12eV）。,微晶硅太阳能电池,(1)单晶

6、化合物太阳能电池 单晶化合物太阳能电池主要有砷化镓(GaAs)太阳能电池。砷化镓的能隙为1.4eV，是很理想的电池材料。这是单结电池中效率最高的电池，多结聚光砷化镓电池的转换效率已超过40%。所以早期在空间得到了应用。但是砷化镓电池价格昂贵，而且砷是有毒元素，所以极少在地面应用。,无机化合物太阳能电池,(2)多晶化合物太阳能电池 多晶化合物太阳能电池的类型很多，目前已实际应用的主要有碲化镉(CdTe)太阳能电池、铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池等。,无机化合物太阳能电池,(2)多晶化合物太阳能电池 碲化镉太阳能电池：PVD（物理气相沉积）工艺、溅射工艺,无机化合物太阳能电池,铜铟镓硒（CIGS）

7、太阳能电池是近年发展起来的新型太阳能电池，通过磁控溅射、真空蒸发等方法，在基底上沉积铜铟镓硒薄膜，薄膜制作方法主要有多元分步蒸发法和金属预置层后硒化法等。基底一般用玻璃，也可以用不锈钢作为柔性村底。,(2)多晶化合物太阳能电池,无机化合物太阳能电池,1.有机化合物太阳能电池 以酞菁、卟啉、苝、叶绿素等为基体材料的太阳能电池。如有机PN结太阳能电池，有机肖特基太阳能电池等。如聚乙烯太阳能电池、共轭聚合物/C60复合体系太阳能电池等。,有机化合物太阳能电池,有机化合物太阳能电池,2009年4月26日nature photonics上的高效单结电池,2.敏化纳米晶太阳能电池 以TiO2、ZnO、SnO2等宽禁带的氧化物型的纳米级半导体为电极，使用染料敏化、无机窄禁带宽度半导体敏化、过渡金属离子掺杂敏化、有机染料/无机半导体复合敏化以及TiO2表面沉积贵金属等方法制成的太阳能电池。,有机化合物太阳能电池,基本原理：染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2 导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入 TiO2 导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。,敏化纳米晶太阳能电池,各类太能能性能比较,各类太阳能性能比较,各类太阳能性能比较,各类太阳能性能比较,太阳能电池的展望,The endThank you,The endthanks,