太阳能电池(中科院大连化物所).ppt

1、太阳能电池,中国科学院大连化学物理研究所,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195

2、8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(Photovoltaic Effect)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

3、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,Masafumi Ya

4、maguchi,Tatsuya Takamoto,Kenji Araki，et al. Solar energy, 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, Photoelectrochemical cells, Nature 2001(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

5、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,Bach U ,Lupo D ,Comte P , et al . Nat ure ,1998 ,395 :583 ORegan B.and Grtzel M., Nature, 1991,353,737740,S + h S* S* S+ + e- CB(TiO2) S+ + A- S + A A + e-(CE) A,19

6、91年，瑞士Grtzel M. 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,Mihael Gratzel,sola cells to dye for,

7、Nature 2003(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