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文档简介

1、太阳能电池介绍太阳光谱图太阳光谱图 UV Visible Infrared太阳电池分类太阳电池分类 按技术成熟程度分为三代电池:按技术成熟程度分为三代电池: 1) 1) 第一代(晶硅电池):第一代(晶硅电池): 单晶硅,多晶硅单晶硅,多晶硅 2) 2) 第二代(薄膜电池):第二代(薄膜电池): SiSi,CIGSCIGS,CdTeCdTe 染料染料敏化电池等敏化电池等 3) 3) 第三代(新概念电池)第三代(新概念电池) 第三代电池第三代电池 中间带隙中间带隙( (或亚带隙,或杂质带或亚带隙,或杂质带) )电池电池 带隙递变迭层电池带隙递变迭层电池 上、下转换器电池上、下转换器电池 偶极子天线

2、电池偶极子天线电池 量子点、量子阱电池量子点、量子阱电池 热载流子电池热载流子电池 纳米径向电池纳米径向电池太阳能电池发展瓶颈太阳能电池发展瓶颈u 转换效率转换效率u 稳定性稳定性u 成本成本u 1954年贝尔实验室G.Pearson 和D.Charpin研制成功6的第一个有实用价值的硅太阳电池。纽约时报把这一突破性的成果称为“最终导致使无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始。”现代太阳电池的先驱u1958年硅太阳电池第一次在空间应用u20世纪60年代初,空间电池的设计趋于稳定u70年代在空间开始大量应用,地面应用开始u70年代末地面用太阳电池的生产量已经大大超过空间电池 简史我国的情况我国

3、的情况 1959年第一个有实用价值的太阳电池诞生 1971年3月太阳电池首次应用于我国第二颗 人造卫星实践1号上 1973年太阳电池首次应用于浮标灯上 1979年开始用半导体工业废次单晶、半导体 器件工艺生产单晶硅电池 80年代中后期引进国外关键设备或成套生产 线我国太阳电池制造产业初步形成基本原理基本原理电池结构示意图电池结构示意图PN结的形成方式结的形成方式电池的类型电池的类型单晶硅片反型扩散单晶硅片反型扩散P型薄膜型薄膜+N型薄膜型薄膜N型薄膜型薄膜+ P型薄膜型薄膜单晶硅片单晶硅片+反型薄膜反型薄膜晶体电池晶体电池薄膜电池薄膜电池异质结电池异质结电池(HIT)硅电池的类型硅电池的类型单

4、晶硅太阳电池单晶硅太阳电池晶体硅电池转换效率的历史记录晶体硅电池转换效率的历史记录1941年:采用生长结制备的电池年:采用生长结制备的电池效率效率1%这种这种“生长结生长结”是重结晶过程中杂质分凝的产物。是重结晶过程中杂质分凝的产物。从再结晶材料中截取的电池的几何结构,缺乏对结从再结晶材料中截取的电池的几何结构,缺乏对结区定位的控制。区定位的控制。1952年:用氦离子轰击硅表面形成年:用氦离子轰击硅表面形成注入结注入结效率效率1%避免了避免了“生长结生长结”的随机性,展示了良好的光谱响的随机性,展示了良好的光谱响应特性。应特性。1954年(贝尔实验室):锂扩散成结年(贝尔实验室):锂扩散成结锂

5、扩散:效率锂扩散:效率4.5%硼扩散:效率硼扩散:效率6%第一块现代意义的第一块现代意义的单晶硅太阳电池单晶硅太阳电池“包绕型结包绕型结”,优点,优点:1)顶层没有电极遮挡;)顶层没有电极遮挡;2)正)正负电极都在电池的背面,容易连接。负电极都在电池的背面,容易连接。缺点:缺点:1)电阻较高;)电阻较高;2)需要载流子扩散的距离长。)需要载流子扩散的距离长。1960年前后典型的硅太阳电池结构年前后典型的硅太阳电池结构这种电池设计作为这种电池设计作为标准空间电池保持标准空间电池保持了十多年之久,直了十多年之久,直到现在还用于某些到现在还用于某些特定的空间任务。特定的空间任务。效率效率10%uP型

6、衬底,具有更好的抗辐射能力型衬底,具有更好的抗辐射能力u0.5微米的深结结构,防止上电极金属化引起微米的深结结构,防止上电极金属化引起pn结漏电结漏电u添加了钯的中间层,提高防潮性添加了钯的中间层,提高防潮性uSiO作为减反膜,减小电池表面的反射率作为减反膜,减小电池表面的反射率1970年早期:浅结年早期:浅结“紫紫”电池电池效率效率16%u采用很浅的扩散结,避免采用很浅的扩散结,避免“死层死层”的形成的形成u背面场,减少了背表面的有效复合背面场,减少了背表面的有效复合u采用密集的栅线电极采用密集的栅线电极u采用低阻衬底,采用低阻衬底,2欧姆厘米欧姆厘米“死层死层”:若做磷扩散,:若做磷扩散,

7、结内含磷的浓度超于磷结内含磷的浓度超于磷在硅中的固溶度,磷的在硅中的固溶度,磷的电 活 性 非 常 差 , 成 为电 活 性 非 常 差 , 成 为“死层死层”。“黑体电池”:表面织构电池效率效率17.2%u光照射到金字塔倾斜的表面时,光是向下反射的,光照射到金字塔倾斜的表面时,光是向下反射的,至少增加一次光被电池吸收的机会至少增加一次光被电池吸收的机会u光以一定的角度折射时,延长了光在电池内传播的光以一定的角度折射时,延长了光在电池内传播的路径长度,增加了材料对光的吸收路径长度,增加了材料对光的吸收在更重大技术革新出现之前,制绒技术在更重大技术革新出现之前,制绒技术和和“紫电池紫电池”相结合

8、几乎代表了一个时相结合几乎代表了一个时代技术的先进程度,而新的技术革新最代技术的先进程度,而新的技术革新最后主要体现在表面钝化和电极区钝化所后主要体现在表面钝化和电极区钝化所带来的开路电压的提高。带来的开路电压的提高。顶部表面钝化太阳电池效率效率18%一般地,电极和半导体表面相接触的区域为高复合区。一层一般地,电极和半导体表面相接触的区域为高复合区。一层薄的氧化层位于金属电极的下面,可以有效降低其复合速率。薄的氧化层位于金属电极的下面,可以有效降低其复合速率。1985年:年:“微槽微槽”PESC电池电池将表面制绒和将表面制绒和 PESC(passivated emitter solar cel

9、l,钝化发射,钝化发射极电池)使硅太阳电池的转换效率首次达到极电池)使硅太阳电池的转换效率首次达到20%以上。以上。具有里程碑意义具有里程碑意义背面点接触电池背面点接触电池所有的接触都在电池背面,在很大程度上得益于微所有的接触都在电池背面,在很大程度上得益于微电子加工技术。目前,美国电子加工技术。目前,美国SunPower公司已经成公司已经成功地实现这一电池技术的规模商业化生产。功地实现这一电池技术的规模商业化生产。这种设计对表面钝这种设计对表面钝化的质量以及在后化的质量以及在后续工艺中继续保持续工艺中继续保持高的少子寿命提出高的少子寿命提出了严格的要求。了严格的要求。效率效率22%效率最高的

10、单晶硅电池效率最高的单晶硅电池:新南威尔士大学的:新南威尔士大学的PERL电电池。在池。在20世纪世纪90年代后期,年代后期,PERL电池创下了电池创下了24.7%的的世界纪录。据新南威尔士大学世界纪录。据新南威尔士大学2008年年度报告显示,年年度报告显示,对太阳光谱的重新修正使得该电池的效率达到对太阳光谱的重新修正使得该电池的效率达到25%。PERL电池电池PERL电池高效的关键点电池高效的关键点u氧化层钝化表面氧化层钝化表面u通过重掺杂将电极区域局域化通过重掺杂将电极区域局域化u倒金字塔的陷光结构倒金字塔的陷光结构u金字塔覆盖减反膜金字塔覆盖减反膜商业化单晶硅电池组件商业化单晶硅电池组件

11、Sharp单晶硅组件单晶硅组件多晶硅太阳电池多晶硅太阳电池 多晶硅多晶硅 电池电池 成本低成本低 能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方能直接制备出适于规模化生产的大尺寸方 型硅锭型硅锭 制造过程简单、省电、节约硅材料制造过程简单、省电、节约硅材料 因此具有更大降低成本的潜力因此具有更大降低成本的潜力 但是多晶硅材料质量比单晶硅差,有许多晶但是多晶硅材料质量比单晶硅差,有许多晶界存在,电池效率比单晶硅低界存在,电池效率比单晶硅低, 晶向不一致,晶向不一致,表面织构化困难。表面织构化困难。Geogia大学采用磷吸杂和双层减反射膜技术,大学采用磷吸杂和双层减反射膜技术,使电池的效率达到使电池的效率达

12、到18.6 新南威尔士大学采用类似新南威尔士大学采用类似PERL电池技术,电池技术, 使电池的效率使电池的效率19.8 Fraunhofer研究所研究所 20.3%世界记录世界记录 Kyocera公司采用了公司采用了PECVD/SiN+表面织构表面织构化,使化,使15 15cm2面积多晶硅电池效率达面积多晶硅电池效率达17.7 多晶硅高效电池多晶硅高效电池 商业化多晶硅电池组件商业化多晶硅电池组件Kyocera电池电池其中其中PECVDSiN钝化技术对商业化多晶硅钝化技术对商业化多晶硅 电池的效率提高起到了关键性的作用。电池的效率提高起到了关键性的作用。目前商业化多晶硅电池的效率目前商业化多晶

13、硅电池的效率1316晶硅太阳电池向薄片化方向发展晶硅太阳电池向薄片化方向发展u硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分硅片是晶硅电池成本构成中的主要部分u 硅是间接带隙半导体,理论上要求厚度大于硅是间接带隙半导体,理论上要求厚度大于100 m才可以吸收足够多的太阳光才可以吸收足够多的太阳光u电池制造工艺硅片厚度电池制造工艺硅片厚度下限下限150 mu 降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要降低硅片厚度是结构电池降低成本的重要 技术方向之一技术方向之一 太阳电池向薄片化方向发展太阳电池向薄片化方向发展Ultrathin Multicrystalline Si High Efficiency Solar

14、Cells Fraunhofer- 20.3%世界记录世界记录 70年代年代 450500 m 80年代年代 400450 m 90年代年代 350400 m 2010年年 200230 m 2020年年 100200 m硅片厚度的发展硅片厚度的发展薄膜太阳电池薄膜太阳电池 包括包括: : 非晶硅、微晶硅和多晶硅薄膜电池非晶硅、微晶硅和多晶硅薄膜电池u非晶硅太阳电池采用了p-i-n 结构或n-i-p 结构,而不是晶体硅太阳电池常用的pn 结构u陷光结构非晶硅薄膜电池非晶硅薄膜电池与晶体硅电池的不同与晶体硅电池的不同非晶硅薄膜太阳电池结构非晶硅薄膜太阳电池结构非晶硅薄膜太阳电池三结结构非晶硅薄膜

15、太阳电池三结结构 实验室效率:实验室效率: 初始初始 稳定稳定 单结:单结: 12 6-8 双结:双结: 13 10 三结:三结: 15.2% 1313 商业化电池效率:商业化电池效率: 单结:单结: 34 双结:双结: 6 三结:三结: 7 8 8 用于太阳能的非晶硅和多晶硅薄膜的制备技术用于太阳能的非晶硅和多晶硅薄膜的制备技术化学气相沉积化学气相沉积反应溅射法反应溅射法离子镀法离子镀法u可制备大面积的硅膜可制备大面积的硅膜u薄膜薄膜与与电池电池的制作同时完成的制作同时完成u电池的制作成本较低电池的制作成本较低特点:特点:电子束蒸发沉积镀膜电子束蒸发沉积镀膜镀膜制镀膜制备方法备方法u单结非晶

16、硅太阳电池的厚度约单结非晶硅太阳电池的厚度约1um1um。u主要原材料是硅烷,这种气体可由化学工业大量主要原材料是硅烷,这种气体可由化学工业大量供应,比较便宜,制造一瓦非晶硅太阳电池的原供应,比较便宜,制造一瓦非晶硅太阳电池的原材料本约材料本约RMB3.5-4RMB3.5-4(效率高于(效率高于6%6%)。)。u晶体硅太阳电池的基本厚度约为晶体硅太阳电池的基本厚度约为200um200um,大规模,大规模生产需大量的半导体级硅片,仅硅片的成本就占生产需大量的半导体级硅片,仅硅片的成本就占整个太阳电池成本的整个太阳电池成本的65-70%65-70%,在中国,在中国1 1瓦晶体硅瓦晶体硅太阳电池的硅

17、材料成本已上升到太阳电池的硅材料成本已上升到RMB22RMB22以上。以上。非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点低成本低成本沉积温度低,衬底可选择如玻璃等沉积温度低,衬底可选择如玻璃等廉价衬底,不锈钢和塑料等柔性衬廉价衬底,不锈钢和塑料等柔性衬底。底。非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点衬衬底的灵活选择底的灵活选择非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点能量返回期短能量返回期短非晶硅薄膜太阳电池的优点非晶硅薄膜太阳电池的优点大面积自动化生产大面积自动化生产转换效率为转换效率为6%的非晶硅太阳电池,其生产用电约的非晶硅太阳电池,其生产用电约1.9度电度电/瓦,由它

18、发电后返回的时间约为瓦,由它发电后返回的时间约为1.5-2年,这是年,这是晶硅太阳电池无法比拟的。晶硅太阳电池无法比拟的。Switzland Unaxis的的KAI-1200 PECVD 设备生产的设备生产的1100mm*1250mm单结晶非晶硅太阳电池,起初是单结晶非晶硅太阳电池,起初是效率高于效率高于9%。其稳定输出功率接近。其稳定输出功率接近80W/片。片。Recent examples of large area reactors Applied materialsOerlikonGlass sizes up to 5 m2 ! a-Si:H and c-Si:H非晶硅薄膜太阳电池的优

19、点:非晶硅薄膜太阳电池的优点:短波响应优于晶体硅太阳电池短波响应优于晶体硅太阳电池上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套上海尤力卡公司曾在中国甘肃省酒泉市安装一套6500瓦非晶硅太阳能电站,其每千瓦发电量为瓦非晶硅太阳能电站,其每千瓦发电量为1300KWh,而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约为而晶体硅太阳电池每千瓦的年发电量约为1100-1200KWh。该电站的现场照片该电站的现场照片非晶硅太阳电池存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题效率较低效率较低单晶硅太阳电池,单体效率为单晶硅太阳电池,单体效率为14%-17%而柔性基体非晶硅太阳电池组件的效率为而柔性基体非晶硅太阳电池组件的效率为10-

20、12%。非晶硅太阳电池存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题稳定性稳定性非晶硅太阳电池的光致衰减,所谓的非晶硅太阳电池的光致衰减,所谓的S-W效应,效应,是影响其大规模生产的重要因素。目前,柔性是影响其大规模生产的重要因素。目前,柔性基体非晶硅太阳能电池稳定效率已超过基体非晶硅太阳能电池稳定效率已超过10%,已具备作为空间能源的基本条件。已具备作为空间能源的基本条件。a-Si H薄膜经较长时间的强光照射或电流通薄膜经较长时间的强光照射或电流通过过, 在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降下降, 称为称为Steabler-Wronski效应。效应。光致衰退效应光

21、致衰退效应非晶硅太阳电池投资额是晶体硅太阳能非晶硅太阳电池投资额是晶体硅太阳能电池的电池的5倍左右,因此项目投资有一定的倍左右,因此项目投资有一定的资金壁垒。资金壁垒。成本回收周期较长,昂贵的设备折旧率成本回收周期较长,昂贵的设备折旧率是大额回报率的一大瓶颈。是大额回报率的一大瓶颈。非晶硅太阳电池存在的问题非晶硅太阳电池存在的问题设备成本设备成本Sanyo a-Si/c-Si 异质结电池异质结电池(国际上(国际上HITHIT电池的最好效率记录:电池的最好效率记录: 23.7%)全称为全称为“染料敏化纳米薄膜太阳电池染料敏化纳米薄膜太阳电池 ” 模拟自然界中的光合作用模拟自然界中的光合作用u19

22、91年年, Grtzel等提出了一种新型的以染料敏化二氧等提出了一种新型的以染料敏化二氧化钛纳米薄膜为光阳极的光伏电池化钛纳米薄膜为光阳极的光伏电池, 以羧酸联吡啶钌以羧酸联吡啶钌()配合物为敏化染料。配合物为敏化染料。u1993年,年,Grtzel等人报道了光电转换效率达等人报道了光电转换效率达10%的的染料敏化电池,染料敏化电池,2001年效率达到了年效率达到了10%11%,短路电,短路电流密度为流密度为20.53mA/cm2,开路电压为开路电压为720。u1997年年, Grtzel电池已经应用于电致变色器件。电池已经应用于电致变色器件。u1998年年, Grtzel等人进一步研制出全固

23、态等人进一步研制出全固态M. Grtzel电池电池,使用固体有机空穴传输材料替代了液体电解质使用固体有机空穴传输材料替代了液体电解质,单单色光光电转换效率最大达到色光光电转换效率最大达到33%,从而引起了全世界的从而引起了全世界的关注。关注。 Grtzel M., 2004, 12%染料敏化电池的进展染料敏化电池的进展主要由以下几部分组成:主要由以下几部分组成:透明导电玻璃、纳米多孔透明导电玻璃、纳米多孔TiOTiO2 2膜、染料光敏化剂、电膜、染料光敏化剂、电解质和反电极解质和反电极 电池结构电池结构阳极:导电玻璃、阳极:导电玻璃、TiO2层、染料层、染料阴极:镀铂的导电玻璃阴极:镀铂的导电

24、玻璃电解质:电解质:I3-/I-v当太阳光照射到电池表面时,吸附在二氧化钛表面当太阳光照射到电池表面时,吸附在二氧化钛表面的染料分子受到激发由基态的染料分子受到激发由基态S S跃迁到激发态跃迁到激发态S S* *, ,然后然后将一个电子注入到二氧化钛导带内,此时染料分子将一个电子注入到二氧化钛导带内,此时染料分子自身转变为氧化态自身转变为氧化态S S+ +。v注入到二氧化钛层的电子通过外电路流向电极注入到二氧化钛层的电子通过外电路流向电极, ,形形成电流。成电流。v被氧化的电子给体扩散至电极被氧化的电子给体扩散至电极, ,在电极表面被还原在电极表面被还原, ,从而完成一个光电化学反应循环。从而

25、完成一个光电化学反应循环。u在染料敏化半导体太阳电池中,由于一些宽隙的在染料敏化半导体太阳电池中,由于一些宽隙的半导体(如半导体(如TiO2)的禁带宽度相当于紫外区的能量,)的禁带宽度相当于紫外区的能量,因而捕获太阳光的能力非常差,无法将其直接用于因而捕获太阳光的能力非常差,无法将其直接用于太阳能的转换。太阳能的转换。染料敏化染料敏化 u寻找一些可以与这些宽隙寻找一些可以与这些宽隙半导体的导带和价带能量匹半导体的导带和价带能量匹配的染料,使其吸附在半导配的染料,使其吸附在半导体的表面上,利用染料对可体的表面上,利用染料对可见光的强吸收从而将体系的见光的强吸收从而将体系的光谱响应延伸到可见区,这

26、光谱响应延伸到可见区,这种现象就叫做种现象就叫做半导体的染料半导体的染料光敏化作用光敏化作用,而具有这种特,而具有这种特性的染料称光敏化染料性的染料称光敏化染料 。(1) 能紧密吸附在能紧密吸附在TiO2表面表面,要求染料分子中含有羧,要求染料分子中含有羧基、羟基等极性基团;基、羟基等极性基团; (2) 对可见光的吸收性能好对可见光的吸收性能好,在整个太阳光光谱范围,在整个太阳光光谱范围内都应有较强的吸收;内都应有较强的吸收; (3) 染料在长期光照下具有良好的染料在长期光照下具有良好的化学稳定性化学稳定性,能够,能够完成多次循环反应;完成多次循环反应; (4) 染料的染料的氧化态和激发态要有

27、较高的稳定性氧化态和激发态要有较高的稳定性;(5)激发态能级与激发态能级与TiO2导带能级匹配导带能级匹配,激发态的能级,激发态的能级高于高于TiO2导带能级,保证电子的快速注入;导带能级,保证电子的快速注入; (6) 染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。染料分子能溶解于与半导体共存的溶剂。高性能的敏化剂需要具有的特点高性能的敏化剂需要具有的特点对入射光的角度敏感度小,因此对入射光的角度敏感度小,因此更适合散射和反射光更适合散射和反射光源。由于钛膜表面的源。由于钛膜表面的“光海绵光海绵” 性质,电池可在大性质,电池可在大范围不同光源条件下工作,可用于非常弱的光源。范围不同光源条件下工作,可用于

28、非常弱的光源。晶体硅电池适合于充足阳光条件,而晶体硅电池适合于充足阳光条件,而DSSC则特别则特别适适用于光间接照射用于光间接照射,例如阴天或有临时或长期的部分遮,例如阴天或有临时或长期的部分遮挡的条件。挡的条件。 DSSC可提供室内稳定的电压输出。可提供室内稳定的电压输出。适合于大的温度范围适合于大的温度范围。可选择透明模式,用于日光,屋顶及显示器。可选择透明模式,用于日光,屋顶及显示器。由于由于DSSCDSSC的制备只需通常普遍使用的的制备只需通常普遍使用的非真空设备非真空设备,所,所以只需很少资金就可建立生产设备。以只需很少资金就可建立生产设备。染料敏化太阳电池的优点:染料敏化太阳电池的

29、优点: 染料敏化太阳电池作为新型的绿色能源,您一定非常感兴趣吧?那么你是不是想自己动手制作一块自己的太阳能池呢?其实,做电池并不难,那就让戴老师手把手教你制作电池吧!Lets go!Lets go!Lets go! DIYLets go! DIY等离子所等离子所 戴松元老师戴松元老师第一步:二氧化钛膜的制备 第二步:利用天然染料把二氧化钛膜着色第三步:制作反电极第四步:组装电池 第五步:注入电解质染料敏化太阳电池的制作主要分为五个步骤:染料敏化太阳电池的制作主要分为五个步骤:二氧化钛的制备有两种方法: 一种方法是:称取适量二氧化钛粉放入研钵中,一边研磨,一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH 值为3-4

30、) ,研磨均匀。 另一种方法是:取适量二氧化钛粉,加入乙酰丙酮水溶液,然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。 取一定面积的导电玻璃,用万用表来检测判断其导电面。用透明胶带盖住电极的四边,其中3边约盖住1-2mm宽,而第四边约盖4-5mm宽。 胶带的大部分与桌面相粘,有利于保护玻璃不动,这样形成一个约40-50m 深的沟,用于涂敷二氧化钛。在上面几滴TiO2溶液,然后用玻璃棒徐徐地滚动,使其涂敷均匀。二二氧氧化化钛钛涂涂敷敷 待二氧化钛薄膜自然凉干后,再撕去胶带,放入炉中,在450下保温半小时。可选用电热枪或管式炉,也可用酒精灯或天然气灯在有支撑下加热10min。然后让其自然冷却至室温,储存备用。

31、 烧结后得到二氧化钛膜。其类似于类囊体膜,呈多孔状,多孔膜有利于吸收太阳光和收集电子。 在新鲜的或冰冻的黑莓、山莓和石榴籽上滴3-4滴水,再进行挤压、过滤,即可得到我们所需要的初始染料溶液;也可以把TiO2 膜直接放在已滴过水并挤压过的浆果上,或在室温下把TiO2膜浸泡在红茶(木槿属植物) 溶液中。有些水果和叶子也可以用于着色。如果着色后的电极不立即用,必须把它存放在丙酮和脱植基的叶绿素混合溶液中。 电池既需要光阳极,又要一个反电极才能工作。取电池既需要光阳极,又要一个反电极才能工作。取与正电极相同大小的导电玻璃,利用万用表判断玻璃的与正电极相同大小的导电玻璃,利用万用表判断玻璃的导电面(利用

32、手指也可以作出判断,导电面较为粗糙)。导电面(利用手指也可以作出判断,导电面较为粗糙)。把非导电面标上把非导电面标上+,然后石墨棒或软铅笔在整个反电极,然后石墨棒或软铅笔在整个反电极的导电面上涂上一层碳膜。这层碳膜主要对的导电面上涂上一层碳膜。这层碳膜主要对I-和和I3-起催化起催化剂的作用。整个面无需掩盖和贴胶带。因而整个面都可剂的作用。整个面无需掩盖和贴胶带。因而整个面都可以涂上一层催化剂。可以通过把碳膜在以涂上一层催化剂。可以通过把碳膜在450下烧结几分下烧结几分钟来延长电极的使用寿命。电极必须用乙醇清洗,并烘钟来延长电极的使用寿命。电极必须用乙醇清洗,并烘干。也可以利用化学方法沉积一层

33、通明的、致密的铂层干。也可以利用化学方法沉积一层通明的、致密的铂层来代替碳层作为反电极。来代替碳层作为反电极。 小心地把着色后的电极从溶液中取出,并用水清洗。烘干之前再用乙醇或异丙醇清洗一下,以确保将着色后的多孔TiO2膜中的水份除去。把烘干后的电极的着色膜面朝上放在桌上,再把涂有催化剂的反电极放在上面,把两片玻璃稍微错开,以便于利用未涂有TiO2的电极部分和反电极作为电池的测试用。 用两个夹子把电池夹住,再滴入两滴含碘和碘离子的电解质溶液,由于毛细管原理,电解质很快在两个电极间均匀扩散。化合物半导体薄膜电池化合物半导体薄膜电池u化合物半导体薄膜电池化合物半导体薄膜电池 GaAs, CdTe,

34、 CuInGaSe等禁带宽度在等禁带宽度在11.5eV,与太阳光谱匹配较好。同时这些半导,与太阳光谱匹配较好。同时这些半导体是直接带隙材料,对阳光的吸收系数大,只体是直接带隙材料,对阳光的吸收系数大,只要达到微米厚就能吸收阳光的绝大部分,因此要达到微米厚就能吸收阳光的绝大部分,因此是制作薄膜太阳电池的优选材料。是制作薄膜太阳电池的优选材料。 GaAs电池主要用于空间,电池主要用于空间,CdTe 和和CIS电池电池被认为是未来实现低于被认为是未来实现低于1美元美元/峰瓦成本目标的峰瓦成本目标的典型薄膜电池,因此成为最热的两个研究课题。典型薄膜电池,因此成为最热的两个研究课题。 CdTe电池电池

35、CdTeII-VI族化合物,族化合物,Eg1.5eV, 理论理论效率效率28%,性能稳定,一直被光伏界看重。,性能稳定,一直被光伏界看重。工艺和技术:近空间升华工艺和技术:近空间升华(CSS),电沉积,溅,电沉积,溅射、真空蒸发,丝网印刷等;射、真空蒸发,丝网印刷等;实验室电池效率实验室电池效率16.4%;商业化电池效率平均商业化电池效率平均810; CdTe电池电池90年代初实现了规模化生产,年代初实现了规模化生产,2002年市场份额为年市场份额为0.3。2) CIGS电池电池 CIGS是是-族三元化合物半导体,族三元化合物半导体, 带隙带隙1.04eV。 70年代中后期波音公司采用真空蒸发

36、,年代中后期波音公司采用真空蒸发, 电池效率达到电池效率达到980年代开始,年代开始,ARCO Solar 公司处领先地位公司处领先地位 90年代后期,年代后期,NREL保持世界记录,保持世界记录,19.5%90年代初起,许多公司致力实现商业化生产年代初起,许多公司致力实现商业化生产 该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段,该电池目前处在兆瓦级中试生产阶段, ARCO Solar Simens Shell公司。公司。几种薄膜电池的效率进展几种薄膜电池的效率进展太阳电池的未来发展趋势太阳电池的未来发展趋势 结晶完美化程度 电池效率增加趋势电池状况/技术实验室 商业化单晶硅(体)商业化生产,280-35

37、0m24.71517多晶硅(体) 商业化,280-350m19.81315带硅,AES商业化,八面体,300,400m161214带硅Evergrn中试,单面,300-400m16.21214带硅中试,EBARA,单面,300-400m17.3 薄层硅/衬底中试,Austropower,300-600m1510多晶硅薄膜(高温过程9001200),RTCVD15 多晶硅薄膜(中温过程500900),CVD? 多晶硅薄膜多晶 (低温过程500),PECVD 10 微晶(低温过程300),PECVD10 纳晶(低温过程300),PECVD10 非晶硅/纳晶(低温过程300),PECVD10 非晶硅电池三结 (低温过程300),PECVD 152 68两结(低温过程300),PECVD1257单结(低温过程300),PECVD1057 商业化趋势商业化趋势 19981998年以前,单晶硅电池占市场主导地位。年以前,单晶硅电池占市场主导地位。 从从19981998年起,多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。年起,多晶硅电池开始超过单晶硅跃居第一。 非晶硅从非晶硅从8080年代初开始商业化,由于效率低和光衰减年代初开始商业化,由于效率低和光衰减问题,市场份额先高后低。问题,市场份额先高后低。 CdTeCdTe电池从电池从8080年代中期开始商业化生产,市场份额增年代中期开始商业化生

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