太阳能电池材料及分类.pptVIP

OLED研发中心 电子科技大学OLED研发中心 * 太阳能电池材料及分类 * 第1页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池材料与分类 第2页，共27页，编辑于2022年，星期三 材料永远起着决定一代社会科技水平的关键作用，太阳能光伏发电的历史伴随着是太阳能电池材料的选择、开发和结构创新的历史。 开发太阳能电池的两个关键问题是提高转换效率和降低成本。 太阳能电池应选用什么样的材料? 第3页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池材料 1.太阳光的光谱分析 第4页，共27页，编辑于2022年，星期三 尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22－4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%，红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。 太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标 第5页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池并不能把 任何一种 光 都 同样 地转换成电。 例如：通常红光转变为电的比例与蓝光转变为电的比例是不同的。由于光的颜色（波长）不同，转变为电的比例也不同，这种特性称为光谱特性。 光谱特性通常用收集效率来表示；所谓收集效率就是用百分数（%?）来表示一单位的光（一个光子）入射到太阳能电池上，产生多少电子（和空穴）。 第6页，共27页，编辑于2022年，星期三 例如，有的电池在太阳光照射下能确定转换效率，但在荧光灯这样的室内光源下就无法得到有效的光电转换。?就人眼的感觉而言，在室外太阳光下和在室内荧光灯下，其亮度并不觉得差别很大。但其能量的绝对值却相差数百倍。由于各种太阳能电池的光谱特性不同，所以太阳能电池的输出特性随所用的光源的光谱不同而变化较大。 ?从太阳能电池的应用角度来说，太阳能电池的光谱特性与光源的辐射光谱特性相匹配是非常重要的，这样可以更充分地利用光能和提高太阳能电池的光电转换效率。 不同的太阳能电池与不同的光源的匹配程度是不一样的。 光强和光谱的不同，会引起太阳能电池输出的变动。 第7页，共27页，编辑于2022年，星期三 自然界的物质存在按导电性可分为三类： 导体、 半导体、 绝缘体 对于绝缘体，本身导电很困难，故不适合作为光伏发电的材料 导体：金属 光电效应 物质吸收光子（photon）并激发出自由电子的行为。当金属表面在特定的光辐照作用下，金属会吸收光子并发射电子（electron），发射出来的电子叫做光电子（photoelectron）。由公式所推: ??????????????????? 第8页，共27页，编辑于2022年，星期三 尽管太阳辐射的波长范围很宽，但绝大部分的能量却集中在0.22－4微米的波段内，占总能量的99%。其中可见光波段约占43%，红外波段约占48.3%，紫外波段约占8.7%。而能量分布最大值所对应的波长则是0.475微米，属于蓝色光。 太阳光谱的能量分布曲线：能量为纵坐标、波长为横坐标 第9页，共27页，编辑于2022年，星期三 对于半导体材料：帶隙比较适合太阳光谱范围的材料 普遍在元素周期表的Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族等半导体 容易制成PN结，所以适合作为光伏电池的材料； 导体（金属）材料中的电子移动受到的反作用力大，产生的自由电子少，电子要剥离需要克服表明势能，而金属表面势能较大，光子激发的电子能量小，无法提供剥离的能量，所以不适合作为光伏电池的材料； 第10页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池材料一般的要求： 1、材料的禁带不能太宽； 2、要有较高的光电转换效率； 3、材料本身对环境不造成污染； 4、材料便于工业化生产且材料性能稳定。 光伏电池发电原理 第11页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池的分类、各类的特点和研发方向。 第12页，共27页，编辑于2022年，星期三 太阳能电池 无机太阳能电池 有机太阳能电池 光化学太阳能电池 块状太阳能电池 薄膜太阳能电池 单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 硅薄膜型太阳能电池 化合物半导体薄膜型太阳能电池 多晶硅 非晶硅 砷化镓 碲化镉 铜铟镓硒 第13页，共27页，编辑于2022年，星期三 光伏电池的分类（按材料）： 一、晶硅电池 单晶硅光伏电池 多晶硅光伏电池 砷化镓（GaAs）薄膜电池 三、多元化合物薄膜电池 四、染料敏化纳米晶电池 二、硅基薄膜电池 非晶硅薄膜电池（a-Si） 微晶硅薄膜电池 (uc-Si) 五、有机聚合物电池 六、新一代太阳能电池：量子、纳米、聚光、石墨烯等 碲化镉（CdTe）、铜铟硒（CIS）薄膜电池 第14页，共27页，编辑于