无机和有机聚合物太阳能电池简介精品.pptVIP

单质结结构有机太阳能电池 结构: 玻璃/金属电极/染料/金属电极 材料：酞菁类化合物、卜啉、叶绿素、导电聚合物等有机材料 第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁（MgPc）染料，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提，起步之初就高下立判哪。 原理：有机半导体内的电子在光照下激发，产生一对电子和空穴。电子被低功函数的电极提取，空穴则被来自高功函数电极的电子填充，由此在光照下形成光电流。理论上，有机半导体膜与两个不同功函数的电极接触时，会形成不同的肖特基势垒。这是光致电荷能定向传递的基础。因而此种结构的电池通常被称为“肖特基型有机太阳能电池”。 由于电子与空穴在同一材料中传输因而复合几率较大, 所以光电转换效率较低，实验室效率为5% p- n 异质结结构有机太阳能电池 结构: 玻璃/ITO/n- 染料/p- 染料/金属电极 材料：以酞青类化合物为p 型半导体, 以北四甲醛亚胺化合物或C60为n 型半导体 由于其具有给体- 受体异质结结构的存在，电子和空穴分别在不同的材料中传输, 复合几率降低， 所以较单质结结构有机太阳能电池的光电转换效率要高。但电子和空穴只能在界面区域分离，离界面较远处往往还没移动到界面上就复合了 混合异质结结构有机太阳能电池 结构：玻璃/ITO/A+D 混合材料/金属电极 特点：给体和受体分子紧密接触而形成连接网络, 增加了接触, 提高了光电转化效率。但未能与正极接触的给体相上出现的正电荷是不能传输到电池的正极上的 蓝色代表电子给体，黄色代表电子受体 染料敏化纳米晶太阳能电池dye-sensitized solar cells 结构：如图 敏化剂: 有机染料（多溴二苯乙烯类、酞菁类）和导电高 聚物 原理： TiO2 表面吸附一层对可见光具有良好的吸收性能的染料光敏化剂后, 染料分子在可见光的作用下, 通过吸收光能而跃迁到激发态, 通过染料分子和TiO2 表面的相互作用,电子跃迁到较低能级的导带, 进入TiO2 导带的电子被导电电极薄膜收集, 通过外回路, 回到反电极产生光电流 DSSC基本结构 玻璃基板 透明导电薄膜 液态电解质 染料敏化剂 纳米晶体层 玻璃基板 透明导电薄膜 铂 负极 正极 （对电极） 透明导电玻璃：导电电极, 普通玻璃上镀上一层掺F或Sb的SnO2 的透明导电膜或ITO薄膜, 其制备方法主要有: 磁控溅射、化学气相沉积等。 对电极：还原催化剂，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀上铂 染料光敏化剂：性能决定电池的光电转换效率 电解质：含有氧化还原电对，一般为I3-/I- 优点： 廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能 其光电效率稳定在10%以上, 制作成本仅为硅太阳电池的1 /5～1 /10, 寿命能达到20年以上 太阳能电池市场 各种太阳能电池中硅基太阳能电池占总产量的98%,晶体硅太阳能电池占总产量的84. 6%,多晶硅太阳能电池占总量的56% 块状晶体硅占据约93%的市场份额；薄膜电池占据7%的市场份额 Solar energy may become the major section of the energy source …… Source: German Advisory Council on Global Change, 2003 Source: Arnulf Jaeger Waldau, PV status report 2007 国际主要太阳能公司 日本夏普、德国Q-Cells、日本京瓷及美国Nanosolar 国内主要太阳能公司 无锡尚德、保定天威英利、台湾茂迪、南京中电光伏 光伏发电独立系统示意图 太阳能电池发展的瓶颈 价格问题 低成本的半导体材料 低成本的工艺路线 效率问题 前景展望 今后发展的重点： 1.多晶硅薄膜电池——主导地位 2.染料敏化太阳能电池——重要地位 3.铜铟镓硒电池——十年内占据一席之地 　 最高转换效率 制造能耗 成本 材料来源 工艺成熟性 污染 可靠性 块状光伏电池 单晶硅 24.7 最大 最大 丰富 很成熟 最大 最好 多晶硅 18 大 大 丰富 成熟 大 好 薄膜光伏电池 多晶硅薄膜 16 较小 较小 丰富 比较成熟 较小 好 非晶硅薄膜 12 小 小 丰富 比较成熟 较小 不好 碲化镉 15 小 小 比较丰富 比较成熟 大 一般 铜铟镓硒 19.9 小 小 不太丰富 比较成熟 较小 一般 砷化镓 37.4 小 大 不太丰富 不太成熟 大 好 有机太阳能电池 混合异质结 6 小 小 丰富 不成熟 小 未知 染料敏化纳米晶 10 小 小