热载流子太阳能电池：原理、材料和设计.pptxVIP

中南大学物理与电子学院 论文题目： 热载流子电池的原理、材料和设计 姓 名： 江浩 课程 ： 光电子学 指导教师：许雪梅 学号：132212049 太阳能电池简介 太阳能电池发电原理 能量损失机制 热载流子冷却动力学 目录 器件两端的接触 1 太阳能电池简介 太阳能电池是一种利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，又叫光伏器件，主要有单晶硅电池和单晶砷化镓电池等。 什么是太阳能电池 返回 1 太阳能电池简介 按照技术成熟分类： 第一阶段：晶体硅电池 转换效率最高可达24.7% 技术最成熟 市场90%份额 第二阶段：薄膜电池 较晚起步 转换效率最高可达13% 第三阶段：新概念太能电池 包括热载流子太阳能电池 起步最晚但前景很好 返回 性能参数 （1）开路电压UOC 将太阳能电池置于100 mW/cm2的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。 （2）短路电流ISC 将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。 （3）最大输出功率 连接合适负载电阻的最大输出功率 （4）转换效率 连接最佳负载时n=输出功率/太阳光照能量 1 太阳能电池简介 返回 2 论文信息 论文题目：热载流子电池：原理，材料和设计 期刊：物理学E：低维系统和纳米结构，2010年，第42卷（10），pp.2862-2866 来源数据库：Elsevier Journal（爱思唯尔数据库） 作者： D. K¨onig a, _, K.Casalenuovo a,b, Y.Takeda c, G.Conibeer a, J.F.Guillemoles d, R.Patterson a, L.M. Huang d,a, M.A.Green 作者单位：澳大利亚悉尼新南威尔士大学ARC卓越光伏中心 返回 3 热载流子太阳能电池 发电原理 返回 半导体吸收光能产生带正电和负电的粒子（空穴和电子），在内建电场作用下，电子（－）朝N型半导体汇集，而空穴（＋）则朝P型半导体汇集。如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势。 太阳电池发电原理示意图 3 热载流子太阳能电池 能量损失机制 返回 热损失:被吸收的光生载流子通过向能带释放声子的形式将大于禁带宽度的那部分能量损失掉。 电子-空穴对的重新复合引起的能量损失。这种复合可以通过消除所有不必要的缺陷延长载流子的寿命来抑制。如⑤ 还有一种能量损失是低于禁带宽度的能量损失，如①，能量小于禁带宽度的光子不能被吸收所造成的损失。 3 热载流子太阳能电池 热载流子电池示意图 返回 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （1）激发前的热平衡状态；（2）激发后的“想干分布”阶段； （3）载流子散射碰撞；（4）热载流子的热能化；（5）载流子冷却；（6）晶格热能化载流子；（7）载流子复合；（8）回到热平衡状态 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （1）激发前的热平衡状态：载流子浓度符合玻尔兹曼分布。载流子占据能态的概率随远离带边距离指数下降；但可占有的能态数量增加。从而得到如图所示的单峰形分布。 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （2）激发后瞬间，载流子浓度呈“想干迭加”状分布：受太阳光激发产生的激发态光生载流子迭加在原来平衡状态的分布上。价带中载流子分布离禁带边的距离比导带中载流子的距离大，这是由于价带中有效质量比导带中大。 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （3）载流子散射碰撞：在这个过程中，载流子之间相互碰撞，其能量分布趋于一个更稳定有规律的分布，最终趋于平衡状态。在该状态仍符合玻尔兹曼分布，但其所对应的平衡温度比热平衡所对应的温度高。能量只重新分配，并无损失。 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （4）-（6）载流子热能化：在这一过程中，载流子与晶格热碰撞，发射声子，造成能量损耗载流子数量不变，但其能态分布、对应的“温度”不断下降。直至与晶格温度一致。 3 热载流子太阳能电池 热载流子冷却动力学 返回 （7）载流子复合：多余电子-空穴对的复合。这个过程中载流子数量开始减少，并最终趋于平衡态。 （8）载流子从新回到稳定态 3 热载流子太阳能电池 器件两端的接触 返回 吸收层两端接触材料中的载流子与吸收层平衡状态的温度相同。如果直接与热载流子刚性碰撞，会导致热载流子的冷却，损耗能量。如果热载流子只有一个很窄范围的能带与接触材料平衡，则会减少这种效应。 两种实现方式： （1）选择能量式接触 （2）通过共振量子隧穿 3 热载流子太阳能电池 器件两