太阳能电池(中科院大连化物所).ppt

太阳能电池,报告人：相彬导师：李文钊研究员徐恒泳研究员,25/04/2005,主要内容,研究背景工作原理研究进展小结,研究背景,传统化石能源,不可再生、环境污染、能源枯竭,可再生能源：风能、地热能、水能、潮汐能、太阳能等,资源丰富、利用方便、洁净无污染,中华人民共和国国家发展和改革委员会中国新能源与可再生能源发展规划1999白皮书,石油,煤,天然气,其他,世界的能源结构,能源结构调整,每年排放的二氧化碳达210万吨化石能源开采高峰20202030年,太阳能电池的发展,1954年美国贝尔实验室制成了世界上第一个实用的太阳能电池，效率为4%，于1958年应用到美国的先锋1号人造卫星上。太阳能电池逐渐由航天等特殊的用电场合进入到地面应用中。一个4KW的屋顶家用光伏系统可以满足普通家庭的用电需要，每年少排放的CO2的数量相当于一辆家庭轿车的年排放量。由于材料、结构、工艺等方面的不断改进，现在太阳能电池的价格不到20世纪70年代的1%。预期10年内太阳能电池能源在美国、日本和欧洲的发电成本将可与火力发电竞争。目前，年均增长率35%，是能源技术领域发展最快的行业。,新能源材料21世纪太阳能新技术,太阳光谱图,太阳能电池的发电原理是基于光伏效应(PhotovoltaicEffect)由太阳光与材料相互作用而产生电势。,48%,太阳能电池的种类,无机太阳能电池半导体硅(单晶、多晶、非晶、复合型等）化合物半导体（GaAs、CuInSe2、CdTe、InP等）有机太阳能电池有机半导体（酞菁锌、聚苯胺、聚对苯乙炔等）光化学太阳能电池（纳米TiO2等）,按照所用材料的不同：,无机太阳能电池,半导体中可以利用各种势垒如pn结、肖特基势垒、异质结等形成光伏效应。当太阳能电池受到阳光照射时，光与半导体相互作用可以产生光生载流子，所产生的电子-空穴对靠半导体内形成的势垒分开到两极，正负电荷分别被上下电极收集。由电荷聚集所形成的电流通过金属导线流向电负载。,工作原理,无机太阳能电池研究进展,表1无机太阳能电池的性能及应用,MasafumiYamaguchi,TatsuyaTakamoto,KenjiAraki，etal.Solarenergy,2005.新能源材料雷永泉，万群，石永康，天津大学出版社，2000.,单晶硅：澳大利亚新南威尔士大学格林教授发电成本可降低为58美分/（kWh）,M.Grtzel,Photoelectrochemicalcells,Nature2001(414),338,有机太阳能电池,工作原理:有机半导体产生的电子和空穴束缚在激子(excitons)之中,电子和空穴在界面(电极和导电聚合物的结合处)上分离。研究进展:美国加州伯克利分校科学家在2002年利用塑料纳米技术研制出第一代塑料太阳能电池，可以安装在一系列便携式设备及可穿戴式电子设备上。提供07V的电压。特点：价格低、易成型，通过化学修饰调控性能。,色素敏化光化学太阳能电池（DSSCs）,电池结构,阳极：染料敏化半导体薄膜TiO2、染料,阴极：镀铂的导电玻璃,电解质：I3-/I-,工作原理,BachU,LupoD,ComteP,etal.Nature,1998,395:583OReganB.andGrtzelM.,Nature,1991,353,737740,S+hS*S*S+e-CB(TiO2)S+A-S+AA+e-(CE)A-,1991年，瑞士GrtzelM.以较低的成本得到了7%的光电转化效率。1998年，采用固体有机空穴传输材料的全固态DSSCs电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10以上，寿命能达1520年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/51/10。,研究进展,新型太阳能电池,e-,外电路,光子,电子能量,色素分子层,金层,肖特基结,TiO2层,Ti基底,1,2,4,3,5,1.电子激发2.电子穿越3.电子进导带4.电子热能化5.色素分子还原,导带,MihaelGratzel,solacellstodyefor,Nature2003(421),586,转换效率1%，10%吸收的光子转换为电流。,太阳能电池的发展方向,材料与器件结构的研究与开发各种太阳能电池材料研究杂质与缺陷的转换效率及稳定性影响使用薄膜技术和剥离技术。大规模生产技术的开发跟踪与聚光储电及并网发电结合并网发电已占50%以建成多个兆瓦级的电站，100MW规模VS太阳能热发电站与建筑物结合架设太阳电池组件日本：1994-2000年2万套屋顶光伏系统185MW；七万屋顶计划280M美国：19972010年百万屋顶计划3025MW发电成本6美分集成在建筑材料上曲线形屋顶瓦、垂直幕墙、窗用玻璃,小结,太阳能电池在航天技术发展中有着不可替代的作用。由于材料与器材结构的研究与开发,太阳电能池的地面应用的潜在能力得到了发挥。从微观上认识光伏太阳能电池的本质，开展原位表征和超快时间分辨技术研究光生电子的迁移传输规律，为人们设计较高