碲化镉铜铟镓硒太阳能电池课件.ppt
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1、2021/3/15,1,碲化镉太阳能电池,2021/3/15,2,CIGS电池的发展历史及研究现状,2021/3/15,3,10cm*10cm小型碲化镉薄膜太阳能电池模组,碲化镉薄膜太阳能电池组件,2021/3/15,4,CdTe薄膜太阳能电池的优点,CdTe是一种-族化合物半导体,为直接带隙半导体。吸收系数高达104cm-1,电池厚度可做到23微米,降低昂贵的材料成本带隙宽度为1.5eV,CdTe的光谱响应和太阳光谱非常匹配碲化镉薄膜太阳能电池的理论光电转换效率约为28%Cd-Te化学键的键能为5.7eV一般的碲化镉薄膜太阳能电池的设计使用时间为20年单质Cd和Te相遇只能存在固态的CdTe
2、产品均匀性、良品率高,非常适合大规模生产真空环境,温度高于4000C,CdTe升华,温度低于4000C或气压升高,升华减弱,并凝结成固体真快快速薄膜制备弱光特性好.对光照不理想的地区犹显其优异性能.,2021/3/15,5,常用太阳电池材料的光吸收系数,2021/3/15,6,CdTe薄膜太阳能电池的缺点,Te是稀缺材料Cd本身有毒,Cd,2021/3/15,7,CdTe薄膜太阳能电池的结构,2021/3/15,8,CdTe薄膜的制备工艺,CdTe薄膜:商业化生产:近空间升华(CSS)、气相输 运沉积(VTD)和磁控溅射,2021/3/15,9,近空间升华(CSS),2021/3/15,10,
3、2021/3/15,11,2021/3/15,12,2021/3/15,13,铜铟镓硒太阳能电池,2021/3/15,14,CIGS电池的发展历史及研究现状,70年代Bell实验室Shaly等人系统研究了三元黄铜矿半导体材料CIS的生长机理、电学性质及在光电探测方面的应用 1974年,Wagner利用单晶ClS研制出高效太阳能电池,制备困难制约了单晶ClS电池发展1976年,Kazmerski等制备出了世界上第一个ClS多晶薄膜太阳能电池80年代初,Boeing公司研发出转换效率高达9.4%的高效CIS薄膜电池80年代期间,ARCO公司开发出两步(金属预置层后硒化)工艺,方法是先溅射沉积Cu、
4、In层,然后再在HSe中退火反应生成CIS薄膜,转换效率也超过10%1994年,瑞典皇家工学院报道了面积为0.4cm效率高达17.6%的ClS太阳能电池90年代后期,美国可再生能源实验室(NREL)一直保持着CIS电池的最高效率记录,并1999年,将Ga代替部分In的CIGS太阳能电池的效率达到了18.8%,2008年更提高到19.9%,2021/3/15,15,CIGS薄膜太阳能电池的优点,材料吸收率高,吸收系数高达105量级,直接带隙,适合薄膜化,电池厚度可做到23微米,降低昂贵的材料成本光学带隙可调.调制Ga/In比,可使带隙在1.01.7eV间变化,可使吸收层带隙与太阳光谱获得最佳匹配
5、抗辐射能力强.通过电子与质子辐照、温度交变、振动、加速度冲击等试验,光电转换效率几乎不变.在空间电源方面有很强的竞争力稳定性好,不存在很多电池都有的光致衰退效应电池效率高.小面积可达19.9%,大面积组件可达14.2%弱光特性好.对光照不理想的地区犹显其优异性能.,2021/3/15,16,CIGS的晶体结构,CuInSe2黄铜矿晶格结构,CuInSe2复式晶格:a=0.577,c=1.154直接带隙半导体,其光吸收系数高达105量级禁带宽度在室温时是1.04eV,电子迁移率和空穴迁移率分3.2X102(cm2/Vs)和1X10(cm2/Vs)通过掺入适量的Ga以替代部分In,形成CulnSe
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