量子點(diǎn)材料光伏電池的研究

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1、量子點(diǎn)材料光伏電池的研究pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。SOLARENERGY技術(shù)與產(chǎn)品太陽能量子點(diǎn)材料光伏電池的研究大連交通大學(xué)　　■　薛鈺芝摘　　要：本文簡單分析現(xiàn)有光伏電池的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹第三代太陽電池的研發(fā)目標(biāo)，對多層膜、　　　　　　　　量子點(diǎn)材料的光伏電池的原理進(jìn)行闡述。關(guān)鍵詞：太陽能電池；多層膜；量子點(diǎn)１．概述太陽能是最清潔的可再生能源。當(dāng)前，各國將太陽能光伏發(fā)電擺在可再生能源利用的重要位置，它已成為全球增長最快的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。太陽能光伏電池的研發(fā)經(jīng)歷了三個階段，目前研發(fā)和商品化的為第一、二代太陽電池（表１）。由表可見，

2、已商品化的大部分為單晶、多晶硅材料的太陽電池。常規(guī)單結(jié)半導(dǎo)體電池只能轉(zhuǎn)換接近和高于帶隙能量的光子。導(dǎo)致效率降低的主要因素是（圖１）：（１）光子激發(fā)電子－空穴對通過能帶間隙時(shí)，較高能量（頻率高）和較低能量（頻率低）的光子的產(chǎn)表１　第一、二代太陽電池太陽電池第一代太陽電池組　　分單晶硅太陽電池多晶硅太陽電池非晶硅太陽電池銅銦硒薄膜太陽第二代太陽電池（薄膜太陽電池）電池ＣＩＳ?。ǎ茫酰桑睿樱澹玻牵幔粒筇柲茈姵兀裕椋希踩玖厦艋栯姵兀保保ィ▽?shí)驗(yàn)室）將商品化效　　率２４．７％（ＵＮＳＷ）１６～１７％１２％～１７％１３％（實(shí)驗(yàn)室）５～８％（產(chǎn)品）商業(yè)化情況實(shí)驗(yàn)室商品化商品化商品化商品化特　　點(diǎn)

3、高效率價(jià)格較貴產(chǎn)品很多價(jià)格較低但有衰退銦是稀有貴金屬效率較高，價(jià)格貴價(jià)格較低不太穩(wěn)定７～１１％（實(shí)驗(yàn)室）　　　　　正在實(shí)現(xiàn)商品化超過３０％空間應(yīng)用出效率相同，導(dǎo)致效率降低４４％；（２）光子激發(fā)電子－空穴的復(fù)合作用與材料缺陷及光激發(fā)逆過程有關(guān)；（３）電極引線接觸處復(fù)合作用等?？梢娞柟庾V能量并未得到充分的利用。根據(jù)理論計(jì)算，最大的太陽能光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)９３．３％；串列式太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率最大為８６．８％。目前實(shí)驗(yàn)室單晶硅太陽電池最高效率僅為２４．７％，因此，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率大有潛力。充分利用太陽能的全光譜，提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率；降低成本，并有利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡，是

4、第三代光伏電池的目標(biāo)。為此，各國正在開展以下幾方面的研究：（１）應(yīng)用自然界含量豐富，無毒的原材料；經(jīng)15摻雜建立中間能隙，發(fā)揮雜質(zhì)光伏作用，增加能隙值范圍的材料；（２）對入射光進(jìn)行波長調(diào)制，以獲得與電池匹配的特性，在光伏電池中運(yùn)用，以充分利用全波長太陽光譜；（３）研究“熱載流子”的光伏特性；（４）進(jìn)行光伏學(xué)的模擬計(jì)算，研發(fā)應(yīng)用軟件；（５）研究光與電磁相關(guān)的問題，進(jìn)行天線結(jié)構(gòu)收集光的熱動力學(xué)計(jì)算、表面電子振蕩的表面等離子體的研究等；（６）其他相關(guān)問題的研究。歐共體６國綜合項(xiàng)目提出的目標(biāo)為：研究多結(jié)太陽電池（MJC）；熱光伏學(xué)（TPV）；中間帶太陽電池和材料（IBC）；探索分子基礎(chǔ)的概念（M

5、BC）；研究加工技術(shù)和預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)化工作（MFG）。SOLARENERGY1/2007SOLARENERGY太陽能技術(shù)與產(chǎn)品２ｈ２ｋ２ｎ２πｈ２ｎ２　　　　　＝２ｍ＊２ｍ＊Ｌ２Ｅ２ｎ?。剑ǎ保﹫D１　導(dǎo)致光伏電池效率降低的因素示意圖２．關(guān)于多層膜材料光伏電池采用納米多層膜微結(jié)構(gòu)的材料制作光伏電池，突破常規(guī)光伏電池的基本原理，有望獲得較高的能量轉(zhuǎn)換效率。主要原因?yàn)椋海ǎ保┘{米微結(jié)構(gòu)材料的晶粒尺寸與載流子的散射長度是同數(shù)量級，散射速率減小，增長載流子的收集效率；（２）由于微結(jié)構(gòu)的電子態(tài)密度增大，使其具有較強(qiáng)的吸收系數(shù)，控制微結(jié)構(gòu)的尺寸，可吸收特定能量范圍的光子；（３）通過層與層的堆垛，可在較寬的波

6、長范圍內(nèi)光的吸收能力增強(qiáng)，將會提高光電轉(zhuǎn)換效率（４）；納米多層膜中，多量子阱結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)能級將形成超晶格中的微帶效應(yīng)，使得電子可以在垂直于超晶格界面的方向輸運(yùn)，發(fā)生共振隧穿、場致局域態(tài)間的跳躍導(dǎo)電等現(xiàn)象，從而可大大提高光電轉(zhuǎn)換效率（５）；低維材料熱載流子輻射收集時(shí)間比能量松弛時(shí)間短，運(yùn)用熱載流子的原理，就有可能使全部電流輸出，而熱晶格即熱吸收體存在可以阻礙光生載流子能量發(fā)生松弛，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。新一代光伏電池的研究將按照由“多層膜——疊層半導(dǎo)體材料——量子阱材料——量子點(diǎn)材料”的路線發(fā)展。３．關(guān)于量子點(diǎn)材料光伏電池量子點(diǎn)具有比量子阱更強(qiáng)的作用，可用量子點(diǎn)從太陽光吸收一個寬排的光子能量

7、后再發(fā)射幾個波長的能量。Ａｒｔｈｕｒ?。剩。危铮椋朐趯?shí)驗(yàn)室開發(fā)量子點(diǎn)物質(zhì)，推進(jìn)單層高效率太陽電池的研究。Ｈ．　Ｐｒｅｓｔｉｎｇ用多層氧化硅（多層膜）中排列的Ｇｅ量子點(diǎn)層夾在Ｓｉ（Ｐ型）－Ｓｉ（ｉ）之間制成電池，當(dāng)達(dá)到７５層時(shí)，量子點(diǎn)的密度增大，紅外光譜的吸收增強(qiáng)了１０％（與無夾層比），使光生電流增加（低能區(qū)）；但由于Ｇｅ量子點(diǎn)又起到載流子復(fù)合與捕獲中心的作用而導(dǎo)致開路電壓減小了?？梢姙樘岣叨搪冯娏?、開路電壓，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)量子點(diǎn)結(jié)