高效太阳能电池探索教学课件PPT.ppt

2 6高效太阳能电池探索 研究方向 第一代太阳能电池的最大缺点 原材料消耗多 60 70 工艺复杂 第二代太阳能电池的最大缺点 效率不高 真空 高温 前期投资成本高 有机太阳能电池 效率低 发展目标 1 进一步降低成本 2 提高效率 生产 现有电池生产的标准化 自动化 规模化 研发 1降低原材料成本 2发展低温 低成本技术 1 降低成本 2 提高效率 现有电池效率不高的原因是什么 2光生载流子的能量不能完全输出 电池结构 1光子的能量不能充分利用 提高效率的途径 1拓宽光谱的吸收范围 2减少材料和结构自身的能量损失 拓宽光谱的吸收 三方面 1充分吸收太阳光谱 尽可能的实现电池的吸收光谱与太阳光谱相匹配 2充分利用每个光子的能量 提高每一个光子所做的输出功 3通过光子能量的再分布 拓宽电池吸收范围 多能带电池 多结电池 中间带电池 热载流子电池 提高输出电压 碰撞离化电池 提高输出电流 上转换电池 下转换电池 建立在热光电和热光子基础上的光电转换器 减少材料与电池结构引起的能量损失 设计 新材料 新结构电池 量子结构 纳米材料 纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本结构单元构成的材料 基本单元按维数分 零维 空间三维均在纳米尺度 如纳米尺度颗粒 原子团簇等量子点一维 空间有两维处在纳米尺度 如纳米丝 纳米棒 纳米管等量子线二维 空间有一维处在纳米尺度 如超薄膜 多层膜 超晶格等量子阱 纳米材料与纳米结构的定义 纳米you 量子尺寸效应 小尺寸效应 表面效应及量子隧道效应是纳米微粒与纳米固体的基本特性 它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理 化学性质 出现一些 反常 现象 井太阳电池的能隙结构 上图显示量子井太阳电池的能隙结构 越多的量子井则太阳电池的效率越高 根据估计 在理论上量子井的数目达到无限多时 太阳电池的转换效率会达到86 8 的极限值 多结电池 采用不同禁带宽度的电池 组合 组合方式 1电池的叠层连接 2光谱分离模式 热载流子电池 碰撞电离太阳能电池 高能离子产生多个电子空穴对 中间带太阳能电池 在单一材料的价带 导带能隙中引入一个中间带 提供光子的多个吸收通道 上转换太阳能电池 上转换器的能隙高于电池吸收两个红外光子 下转换太阳能电池 下转换器的能隙低于电池一个光子产生两对 热光电及热光子转换器 受热吸收 发射体 其他新型纳米电池 当粒子尺寸下降到某一值时 金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级 能隙变宽现象均称为量子尺寸效应 量子尺寸效应 当纳米微粒的尺寸与光波的波长 德布罗意波长 超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时 晶体周期性边界条件被破坏 非晶态纳米微粒的颗粒表面附近的原子密度减小 导致声 光 电 磁 热 力学等特性呈现新的小尺寸效应 小尺寸效应 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加 粒子的表面能和表面张力也随着增加 从而引起纳米粒子性质的变化 表面效应 表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同 存在大量的表面缺陷和悬空键 具有不饱和性质 因而极易与其他原子反应 具有很高的化学反应活性 金属铜或铝的纳米颗粒一遇空气就会燃烧 发生爆炸 炸药 火箭 一些无机纳米微粒暴露在大气中会吸附气体 并与气体进行反应 储氢材料 很大的比表面 加快化学反应过程 高效催化剂 隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力 指粒子可穿过比本身总能高的能量障碍 宏观量子隧道效应 宏