基于纳米结构的太阳能电池Progress in Nano-structured ... - 化学通报.PDFVIP

化学通报 2002 年 第65 卷 w66 基于纳米结构的太阳能电池 付德刚* 东南大学吴健雄实验室 南京 210096 摘 要 本文介绍了一种新型的太阳能电池-纳米晶太阳能电池 分析了电池的结构及其工作原 理 介绍了它的优点 并概括了当前的研究进展及今后的研究方向 关键词 纳米结构 太阳能 电池 Progress in Nano-structured Solar Energy Cells Fu Degang (Chien Shiung Wu Laboratory, Southeast University, Nanjing 210096) Abstract In this paper, a newly developed solar cell, nanostructured solar cell is introduced. Structural characteristics and working mechanism of the cell are analyzed and the advantage of using nano- structures is pointed out. In addition, the status of current research as well as further works is also outlined. Key words Nano-structure, Solar energy, Cell 随着矿物(化石)燃料的不断消耗以及由于燃烧产生的严重的环境问题 寻找清洁和可再生 的能源已成为世界各国共同关心的问题 在各种可再生的能源中 太阳能可说是取之不尽用之 不竭 不受地理环境限制 安全 无污染的最好能源 因而将太阳能转换为电能的太阳能电池 就倍受关注 近 30 年来 太阳能电池一直保持着以每年平均 18%的速度递增 已成为全球发 展最快的高新技术产业之一 预期今后10 年将以30%甚至更高的速度发展 目前 太阳能电池所用材料涉及到几乎所有的半导体材料 包括硅 无机化合物半导体 有机半导体甚至一些金属材料 但由于硅原料丰富 工艺成熟 性能稳定及对环境污染较小 硅基的太阳能电池占据着统治地位 但相较现有的利用非再生能源的发电方式 太阳能电池的 发电成本依然很高 这使其只在一些特殊的领域(如航天)得到了充分应用 大规模的实用化还 存在商业上的困难 要使太阳能电池成为真正的替代能源 就要求提高电池的转换效率 减少 制造费用以降低单位发电成本 为此人们一直在从材料 结构和工艺等方面对太阳能电池进行 探索 随着20 世纪 80 年代纳米科学与技术研究的兴起 人们发现纳米结构的材料具有不同于 体相材料的性质及许多优良的特性 纳米材料及结构在众多领域已获得应用 而纳米晶结构材 料的使用也为太阳能电池的研究开辟了一个新的领域 纳米晶太阳能电池 本文介绍了基于 纳米结构的太阳能电池及其研究现状 1 纳米晶光电化学电池 1.1 半导体纳米晶电极 付德刚 男 34 岁 副教授 从事纳米功能材料的研究 E-mail:fudegang@ 2001-11-09 收稿 2002-03-01 修回 化学通报 2002 年 第65 卷 w66 人们早就开始对半导体纳米粒子在溶液中的光电特性进行研究 随着对半导体胶体粒子光 电化学性质研究的深入 人们认识到由于超微粒的尺寸在纳米范围内 其粒子尺寸小于载流子 [1] 的自由程 因此可以降低光生载流子的复合 提高光能利用率 Hodes 等 报道了通过电化学沉 积的方法将纳米硒化镉沉积在导电玻璃上作为光电化学电池的工作电极 此时硒化镉不是以致 密的薄膜 而是以聚结的超细粒子膜的形式存在的 光照后的光电流来源于超细微粒吸收光后 产