太陽能電池論文文獻(xiàn)綜述

1、太陽能電池技術(shù)原理及其應(yīng)用的分析文獻(xiàn)綜述1.1 太陽能電池的種類及研究現(xiàn)狀 :根據(jù)材料的種類和狀態(tài)的不同， 太陽能電池主要有以下幾種： 單晶硅太陽能 電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、化合物半導(dǎo)體太陽能電池、薄膜 型太陽能電池、 有機(jī)太陽能電池和染料敏化納米晶太陽能電池， 下面分別予以簡(jiǎn) 單介紹。1.1.1 單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池是開發(fā)得最早的一種太陽能電池，硅的禁帶寬度為1.leV ，是間接遷移型半導(dǎo)體，本來不是制作太陽能電池的最合適材料。但是由 于硅蘊(yùn)藏量非常豐富， 已廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)， 有很完善的技術(shù)基礎(chǔ)， 有利干 太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用。 單晶硅太陽能電池具有比較高

2、的轉(zhuǎn)換效率， 規(guī)模生產(chǎn)的 電池組件的效率可以達(dá)到 12 一 16%，而實(shí)驗(yàn)室記錄的最高轉(zhuǎn)換效率為 24.4 。1.1.2 多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 與單晶硅比較， 多晶硅半導(dǎo)體材料的價(jià) 格比較低廉， 相應(yīng)的電池單元成本低， 非常具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 但是由于多晶硅材料 存在著較多的晶拉間界而有較多的缺點(diǎn)， 轉(zhuǎn)換效率不夠高， 提高多晶硅太陽能電 池的轉(zhuǎn)換效率就是目前許多科學(xué)家的研究方向。非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性都不夠好，對(duì)其研究開始于 20 世紀(jì) 七十年代初。非晶硅及其合金的光暗電導(dǎo)率隨著光照的時(shí)間加長(zhǎng)而減少，經(jīng)過 170 C 200 C的退火處理，又可以恢復(fù)到光照之

3、前的值。這一現(xiàn)象首先由 Staebler和Wronski發(fā)現(xiàn)，被稱為S K效應(yīng)。S K效應(yīng)使非晶硅太陽能電池的 轉(zhuǎn)換效率由于光照時(shí)間加長(zhǎng)而衰退， 長(zhǎng)期以來成為非晶硅太陽能電池應(yīng)用的主要 障礙。1.1.3 化合物太陽能電池化合物太陽能電池包括III V族化合物電池和II VI族化合物電池。III V族化合物電池主要有 GaAs電池、InP電池、Gasb電池等；II VI族化合物 電池主要有 CaS/Culnse電池、CaS/CdTe電池等。上世紀(jì)七十年代末，以 GaAs 為代表的III V族化合物電池材料（包括疊層電池材料），因具有很高的光電轉(zhuǎn) 換效率和優(yōu)異的抗輻射性能而受到重視， 發(fā)展很快。

4、最新的一項(xiàng)研究成果就是在 加利福尼亞獲得了一種變質(zhì)處理的三疊層 GaInP /GaInAs /Ge 材料，它在 240 個(gè)太陽輻射，AM1.5情況下的轉(zhuǎn)換效率為40.7%。1.1.4 膜型太陽能電池膜型太陽能電池材料主要有銅銦傢硒(CuInGase)、碲化鎘(cdTe)等。銅錮稼 硒薄膜太陽能電池開發(fā)時(shí)間還不長(zhǎng)， 是較有前途而被寄予厚望的新型低成本太陽 能電池。該薄膜太陽能電池單元的制備是先用濺射、 噴涂或蒸發(fā)法在基片上沉積 Cu, In和Ga層，再在Se氣氛中硒化。碲化鎘(CdTe)已成為公認(rèn)的高效、穩(wěn)定、 廉價(jià)的薄膜光伏器件材料，而且在各種制備條件下都可以得到較好的電池結(jié)果， 包括非常粗糙

5、的工藝,如電鍍。1.1.5 有機(jī)太陽能電池有機(jī)太陽能電池具有柔韌性和成本低廉的優(yōu)勢(shì),是近年出現(xiàn)的新型太陽電池。與結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜、 成本高昂、 光電壓受光強(qiáng)影響波動(dòng)大的傳統(tǒng)半導(dǎo)體固結(jié)太 陽電池相比, 有機(jī)太陽能電池制備工藝簡(jiǎn)單, 可采用真空蒸鍍或涂敷的方法制備 成膜,且可以制備在可彎曲折香的襯底上形成柔性太陽能電池。 有機(jī)物太陽能電 池材料的分子結(jié)構(gòu)還可以自行設(shè)計(jì)合成 . 材料選擇余地大,加工容易,毒性小, 成本低,可制造面積大,在太陽能電池產(chǎn)業(yè)引起了科學(xué)家的極大關(guān)注。1.1.6 染料敏化納米晶太陽能電池染料敏化納米晶太陽能電池是最近二十幾年發(fā)展起來的一種基于植物葉綠素光合作用原理研制出的太陽能電

6、池。 這是一種使用寬禁帶半導(dǎo)體材料的太陽電 池,寬帶隙半導(dǎo)體有較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和光化學(xué)穩(wěn)定性, 不過本身捕獲太陽光 的能力非常差, 但將適當(dāng)?shù)娜玖衔降桨雽?dǎo)體表面上, 借助于染料對(duì)可見光的強(qiáng) 吸收,可以將半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)拓寬到可見區(qū), 這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的染料敏化 作用,而載有染料的半導(dǎo)體稱為染料敏化半導(dǎo)體電極。1.2 太陽能電池的發(fā)展方向 : 提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本仍然是太陽能電池發(fā)展的大趨勢(shì)。在降低成本方 面,硅太陽能電池主要還是通過減少硅片厚度實(shí)現(xiàn)； 而在提高轉(zhuǎn)換效率方面, 對(duì) 新的太陽能電池技術(shù)的探索已經(jīng)開始：(1) 疊層電池技術(shù)將不同帶隙寬度(Eg)的材料，按Eg大小從上到下迭合起

7、來制成。選擇性 的吸收太陽光譜的不同區(qū)域, 可大幅度的提高轉(zhuǎn)換效率。 計(jì)算表明, 兩結(jié)疊層電 池的理論轉(zhuǎn)換效率為 50,三結(jié)電池為 56, 36 結(jié)為 72,無限多結(jié)為 86.6 。( 2)多光譜太陽電池技術(shù) 將太陽光的多光譜變?yōu)橄鄬?duì)窄的、適應(yīng)單結(jié)電池的光譜,而不用多結(jié), 可降低成本。先利用熱激發(fā)光發(fā)射二極管產(chǎn)生窄帶光譜, 再通過熱光和光電轉(zhuǎn)換, 理論效率為 50；還能利用特殊的能帶結(jié)構(gòu),吸收一個(gè)高能光子而產(chǎn)生兩個(gè)電 子空穴對(duì),提高轉(zhuǎn)換效率。(3)多能級(jí)、多帶技術(shù) 利用耦合多量子阱和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)形成的子帶， 可充分利用太陽光譜， 提高轉(zhuǎn) 換效率。在帶隙中引入 N 個(gè)帶會(huì)擴(kuò)大吸收長(zhǎng)波光子的能量范圍

8、， 理論預(yù)測(cè)其效率 為 86.8 。參考文獻(xiàn)：1 施敏 著，黃振崗 譯，半導(dǎo)體器件物理 M. 電子工業(yè)出版社， 1987 年 12月第一版。2 馬丁 格林 著，李秀文，謝洪禮，趙海濱等譯，太陽電池工作原理、工 藝和系統(tǒng)的應(yīng)用 M. 電子工業(yè)出版社， 1987年 1 月第一版。3 C.H.Henry, “Limiting Efficiency of Ideal Single and Multiple EnergyGap Terrestrial Solar Cells,”M. J. Appl. Phvs. 51 4494 (1980).4 陳海全，上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 D.2006.5 J.Z

9、hao,A.Wang,M.A.Green ， F.Ferrazza ， APPI.PhyS， Lett M.1998 ， 73，1991。6 D.E.Carlson,S.Wanger, “Renewaable Energy” M.1993,Island Press，Washington.7 R. R. King , D. C. Law, K. M. Edmondson, C. M. Fetzer, G. S. Kinsey,H. Yoon,R. A. Sherif, and N. H. Karam.“40% ef ?cient metamorphicGaInP /GaInAs /Ge mult

10、ijunction solar cells”M. APPLIED PHYSICSLETTERS 90, 183516 (2007).8 何 杰，蘇忠集，向 麗，王 劍，汪映寒，聚合物太陽能電池研究進(jìn)展J. 高分子通報(bào) ,第 4期.9 盧金軍 , 太陽能電池的研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展 J. 科技資訊 , 2007 NO.18.10 王占國(guó)，中科院院士， 半導(dǎo)體太陽能電池研發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) M.11 蔣榮華， 徐遠(yuǎn)林， 甘居富， 楊衛(wèi)東， 備戰(zhàn)多晶硅 M. 新材料產(chǎn)業(yè)， 2006；1：5212 魯瑾，光伏產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)硅材料業(yè)高速發(fā)展 N. 中國(guó)電子報(bào) 2005-8-513 羅?；?， 2005年世界多晶硅產(chǎn)量計(jì)劃 5%N. 中國(guó)有色金屬報(bào)， 2004-11-1814 任愛青，