化學(xué)電池課件

1、太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池概述太陽(yáng)能電池種類 硅系太陽(yáng)能電池 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池 聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池 納米晶化學(xué)太陽(yáng)能電池太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)太陽(yáng)能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽(yáng)能的有效利用當(dāng)中；大陽(yáng)能光電利用是近些年來(lái)發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域， 是其中最受矚目的項(xiàng)目之一。為此，人們研制和開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能電池。制作太陽(yáng)能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)，根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為：1、硅太陽(yáng)能電池；2、以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3

2、、功能高分子材料制備的大陽(yáng)能電池；4、納米晶太陽(yáng)能電池等。不論以何種材料來(lái)制作電池，對(duì)太陽(yáng)能電池材料一般的要求有：1、半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率：3、材料本身對(duì)環(huán)境不造成污染；4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定?；谝陨蠋讉€(gè)方面考慮，硅是最理想的太陽(yáng)能電池材料，這也是太陽(yáng)能電池以硅材料為主的主要原因。但隨著新材料的不斷開(kāi)發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以其它村料為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能電池也愈來(lái)愈顯示出誘人的前景。概述有機(jī)電子為低成本光伏應(yīng)用展現(xiàn)了一個(gè)新興領(lǐng)域。圖中有機(jī)太陽(yáng)能電池照片是利用光學(xué)顯微鏡和跨偏振片以及諾馬斯基過(guò)濾器拍攝而成的。這兩個(gè)月亮似的圓周是金屬陰極。對(duì)這些薄膜設(shè)備進(jìn)行熱退火

3、處理，往往可以提高其功率轉(zhuǎn)換效率。這張照片是在熱退火溫度接近電池部件熔點(diǎn)的情景下拍攝，因此形成了圖中的特殊條紋日益豐富的太陽(yáng)能電池家族硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的?，F(xiàn)在單晶硅的電地工藝己近成熟，在電池制作中，一般都采用表面織構(gòu)化、發(fā)射區(qū)鈍化、分區(qū)摻雜等技術(shù)，開(kāi)發(fā)的電池主要有平面單晶硅電池和刻槽埋柵電極單晶硅電池。提高轉(zhuǎn)化效率主要是靠單晶硅表面微結(jié)構(gòu)處理和分區(qū)摻雜工藝。該研究所采用光刻照相技術(shù)將電池表面織構(gòu)化，制成倒金字塔結(jié)構(gòu)。并在表面把一13nm。厚的氧化物鈍化層與兩層減反射涂層相結(jié)

4、合通過(guò)改進(jìn)了的電鍍過(guò)程增加?xùn)艠O的寬度和高度的比率：通過(guò)以上制得的電池轉(zhuǎn)化效率超過(guò)23%，是大值可達(dá)233單晶硅太陽(yáng)能電池通常的晶體硅太陽(yáng)能電池是在厚度350450m的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成。因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從70年代中期就開(kāi)始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長(zhǎng)的硅膜晶粒大小，未能制成有價(jià)值的太陽(yáng)能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒(méi)有停止過(guò)研究，并提出了很多方法。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法

5、也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池非晶硅作為太陽(yáng)能材料盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV, 使得材料本身對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域不敏感，這樣一來(lái)就限制了非晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會(huì)隨著光照時(shí)間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S一W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。解決這些問(wèn)題的這徑就是制備疊層太陽(yáng)能電池，疊層太陽(yáng)能電池是由在制備的p、i、n層單結(jié)太陽(yáng)能電池上再沉積一個(gè)或多個(gè)P-i-n子電池制得的。疊層太陽(yáng)能電池提高轉(zhuǎn)換效率、解決單結(jié)電池不穩(wěn)定性的關(guān)鍵問(wèn)題在于：它把不同禁帶寬度的材科組臺(tái)在一起，提高了光譜的響應(yīng)范圍；頂電池的i層較薄，光照產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度變

6、化不大，保證i層中的光生載流子抽出；底電池產(chǎn)生的載流子約為單電池的一半，光致衰退效應(yīng)減??；疊層太陽(yáng)能電池各子電池是串聯(lián)在一起的。非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢(shì)，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無(wú)機(jī)PN結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合

7、物轉(zhuǎn)移，只能通過(guò)外電路通過(guò)還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來(lái)源廣泛，成本底等優(yōu)勢(shì)，從而對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽(yáng)能電池的研究?jī)H僅剛開(kāi)始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無(wú)機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是太陽(yáng)能電池制備中考慮的兩個(gè)主要因素，對(duì)于目前的硅系太陽(yáng)能電池，要想再進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率是比較困難的。因此，今后研究的重點(diǎn)除繼續(xù)開(kāi)發(fā)新的電池材料外應(yīng)集中在如何降低成本上來(lái)，現(xiàn)有的高轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池是在高質(zhì)量的硅片上制成的，這是制造硅太陽(yáng)能電池最費(fèi)錢的部分。因此，在如何保證轉(zhuǎn)