叠层太阳能电池研究进展和发展趋势

本文由jianhui870贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。
Rel e Vw
叠层 太 阳 能 电池 研 究 进 展 和 发 展 趋 势
伍 沛 亮 。 红 林 , 砺 王 陈
华 南理工 大学化 学与化 工 学院 . 州 5 0 4 广 160
摘要 叠 层 太 阳 能 电 池 结构 可 以拓 宽 吸收 光 谱 。 大 限 度地 将 光能 变 成 电能 , 高 了 太 阳 能 电 池 的 能量 转 换 效 率 , 类太 阳 能 电 池是 最 提 这
目前研 究的 热 点 。 文 集 中介 绍 了非 晶 硅 叠 层 太 阳 能 电 池 、 本 多元 化 合 物 叠 层 太 阳 能 电 池 和 染 料 敏 化 叠 层 太 阳 能 电 池 的研 究现 状 , 它 对 们 的结 构 、 性能 指 标 和 效 率 等 做 了介 绍 和 评 估 , 出 了各 自的 优 缺 点 , 析 了 阻碍 叠 层 太 阳 能 电 池 进 一 步 发 展 和 应 用 的 制 约 因素 主要 指 分 有 两个 : 难 找 到两 种 晶格 匹配 良好 的 半 导 体 晶 体 ; 环 境 友 好 , 格 合 理 , 源 丰 富 的 太 阳 能 电 池 材 料 很稀 少 。 晶 硅 系叠 层 太 阳 能 很 对 价 来 非 电 池对 材 料 纯 度 要 求 较 高 。 格 贵 ; 合 物 太 阳能 电池 虽 然 转 换 效 率 高 , 是 电 池 材 料 对 环 境 造 成 污 染 ; 染 料 敏 化 叠 层 太 阳能 电池 价 化 但 而 制作 工 艺 简 单 。 电池 材 料 来 源 丰 富 , 将 是 今 后 发 展 的 趋 势 。 必
关羹词
叠 层太 阳 能 电池 ; 换效 率 ; 带 宽 度 转 禁
中 圈分 类 号
T 1 M6 5
文献 标 识 码

文章编号
1 0 — 8 7 2 0 )3 0 9 — 4 0 0 7 5 (0 9 0 — 0 5 0
Pr g e si t d e n Ta d m o r s n S u i d o n e S l r Cel oa l s
W U P ia g e l n .W ANG n l .C i Ho g i n HEN i L 
的发展 , 炭 、 油 等不 可 再 生 资源 的 1 减 少 , 煤 石 3益 开发 清 洁能 源 迫在 眉 睫 。太 阳 能是 取 之不 尽 的新 能源 , 阳能 电池 是 人 太 们 利用 太 阳 能 的一 种重 要 方 式 。太 阳 能 电池 将资 源 无 限 、 清 洁 干 净 的太 阳辐 射 转换 为 电能 。近 些 年来 , 界太 阳能 电池 世
的产 量 以年 增 长率 3%的速 度 快 速发 展 .在 20 0 0 4年 底 全 球 的 总 装 机 容 量 达 到 43 0MW 。 学 家 预 言 , 2 世 纪 中期 太 3 科 在 l 阳能光伏 发 电将 成为 重要 的发 电方式I l l 。
S ho o hmsyadC e c

l nier g SuhC i colfC e ir n hmi g ei , ot h a t aE n n n U i rt o eh o g, un zo 16 0 C ia n e i v sy fTcnl y G aghu50 4 , hn o
太 阳能 电池 的工 作 原 理 是 .太 阳光 照在 半 导 体 P N结 —
Ia t e T e tn e slrc i n rae te a s rt n o oa M ̄ r t a h a d m oa el ice s h b op i fslr s o
l h a d a lw mo e f ce t s o h p oo n r y h e i t n l a g o r e in u e f t e h t e e g .T i r s a c e n t n e s l rc l a e b e o u e n a S a d m e e r h s o d m o a el h v e n fc s d o — itn e a s s lr c l , o o n a d m oa el n y - e st e a d m oa el c mp u d t n e s l rc l a d d e s n i z d tn e s s i

上 . 成空穴一 形 电子 对 . P N 结 电场 的作 用 下 , 在 — N型 半 导 体 的空 穴往 P型 区移动 . P型 区 中 的电子往 N型 区移 动 , 通 电 接
路后 就形 成 电流 。 太 阳能 电池发 展 经历 了三 个 阶段 。以硅 片为 基础 的 “ 第 
s lr c l . h i p o r s s r v e d i h sp p r T e sr cu e , o a el T er r g e s i e iwe n t i a e . h t t r s s u c a a trs c fe ey k n ftn e s lr c l r i u s d a d h r ce it so v r i d o d m o a el a e d s s e n i a s c
代 ” 阳能 电池 其 技 术 发 展 已 经成 熟 , 单 晶硅 纯 度 要求 太 但
在 9. 9 99 %,生产 成本 太 高使 得 人们 不惜 牺 牲 电池 转换 率 为 9
代价 开发 薄膜 太 阳能 电池 。第二 代太 阳电池 是基 于薄膜 材料 的太 阳电池 。薄膜 技 术 所需 材 料较 晶体 硅 太 阳电 池少 得 多 ,
eautd T eeaetom jrcnt it f e dvlp e to vlae. h r r w ao os ans o t eeom n f r rh
t n e s l rc l .OB o sr i ti h ti i

d f c l t n w a d m o a e l s e c n t n S t a t S i u t o f d t o a f i i s mio d co r sas ma c e l t g t e . oh rc n t i ti e c n u tr cy tl t h d wel o eh r An t e o s a n s r t a oa e l t r l h td o ol t h n i n n n a h ts lrc l mae i st a o n t l et e e v r me t d c n a p u o a
且 易 于实 现 大 面积 电池 的生 产 , 可有 效 降 低成 本 。薄 膜 电池 
主要 有 非 晶 硅 薄膜 电 池 、 晶硅 薄膜 电池 、 化 镉 以 及 铜 铟 多 碲 硒 薄膜 电池 ,其 中以多 晶硅 为材 料 的太 阳能 电池 最优 。太 阳 能 光 电转 换 率 的卡 诺上 限是 9 %t,远 高 于标 准 太 阳能 电池 5 2 1
的 理 论 上 限 3 % . 表 明 太 阳 能 电 池 的 性 能 还 有 很 大 发 展 空 3
b o ti e t e s n b e c s r c r e e ba n d wi a r a o a l o t ae s a c .Amo g t e t r e h n h he
k n s o oa el, h y - e s ie a d m oa e l l b h i d fs l c l t e d e s n i z d t n e s lrc l wi e t e r s t l f t r e eo me tt n ,fr i r d ci n p o e s i s l n uu e d v lp n r d o t p o u t r c s s i e a d e s o mp
ejy c o re f ae as nos r hsuc tr l ai om i .
Ke wod tn e s lrc l ; o v rin e ce c ; n ryg p y rs a d m oa el c n es f in y e eg a s o i
间 。Mat re r nG en认 为 ,第 三代 太 阳 电池 必 须具 有如 下条 件 : i
薄 膜化 , 换效 率 高 . 转 原料 丰 富 且无 毒嘲 目前 第 j 代 太 阳 电 。 三
池还 处 在概 念 和简单 的试 验 研究 。已经提 出 的主要 有叠层 太 阳电池 、 带 隙太 阳 电池和 热载 流 子太 阳 电池等 。其 中 , 层 多 叠 太 阳能 电池 是太 阳能 电池 发 展 的一个 重要 方 向 。
0 引言
能 源是 人类社 会存 在 和发 展 的重要 物质 基 础 。随着 社会 
收 稿 日期 : o

8 l ~ 5 2o一22 
作 者 简介 : 沛 亮 , 究方 向 为 太 阳能 、 伍 研 氢能 、 离子 体 技 术 , 等 电子 信 箱 : ed 0 @yh otm. ; 红 林 ( 信 作 者 ) 副 教 授 , 究 领 域 为 化 学 工 艺过 程 、 t n 8 8 ao . c 王 h o n 通 , 研
可再 生 能 源 、 离子 体 技 术 . 等 电子 信 箱 :cw n h@13cn p— a gl 6 . o
科 技 导 报 2 0 ,7 3 9 0 92 ( ) 5
Re1 e VW
1 叠层 太 阳能 电池简介
11 叠 层 太 阳 能 电 池 的 原 理 . 目 前 , 国 际 上 已 对 Al A / a , an 2G A , an / Ga s AsG lP / a s G IAs G
Ip, an / lAs 双结 叠层 太 阳能 电池进 行过 研究 .其 中 n G IPGan 等
对 G lP / a 叠 层 太 阳 能 电池 的研 究 居 多 。这 种 电 池 结 构 an 2G As 首 先 由 O sn在 1 9 l o 9 0年 提 出 , 发 现 G IP 材 料 可 以 作 为 叠 他 an 2 层太 阳能 电池 的顶层 电池[ 6 3 。目前 国 外 报 道 的 Gan 2G A 双 lP / a s
由于太 阳光 光谱 的能量 分 布较 宽 , 现有 的 任何 一种 半 导 
体 材料 都 只能吸 收其 中能量 比其 禁带 宽度 值高 的光子 。太 阳 
光 中 能 量 较 小 的 光 子 将 透 过 电 池 被 背 电 极 金 属 吸 收 , 变 成 转
热能 ; 而高 能 光 子 超 出禁 带 宽度 宽 度 的 多余 能 量 , 通过 光 则
生 载 流子 的能量 热 释作 用传 给 电池 材料 本 身 的点 阵原 子 , 使 材 料本 身发 热 。这 些能量 都 不 能通 过光 生 载流 子 传给 负载 , 变 成有 效 电能 。因此 对 于单 结 太 阳能 电池 , 即使 是 晶体 材料 制 成的 . 其转 换 效率 的理论 极 限一般 也 只有 2 %左 右 。 5
结叠层 太 阳 电池 的光 转换效 率 已达 2 .%m 产业 化成 熟产 品 57 。 转换效 率 约 2 . 31 % ,并 逐步 用作 卫星 等航 天器 的供 电 电源 , 前景 十分 广 阔。 过 , 不 造价 昂贵 一直 是 G IP / a s 层电池 an G A 叠 难 以大批 量 生产 的直 接原 因 ,选用 价格 低廉 的 G e衬底 是降 低成本 ,减 小 Gan G As IP / a 叠层 太 阳能 电池 自身重 量 的有效 
途 径 。国外 对 此 已研 究 多 年 , 年 国 内研 究 也 开 始 深 入 。 海 近 上
太 阳光光 谱 可 以被分 成 连续 的 若干 部 分 , 能带 宽 度 与 用
这 些部 分有 最好 匹配 的 材料 做成 电 池 , 按禁 带

宽度 从 大到 并 小 的顺 序从 外 向里叠 合起 来 , 让波 长最 短 的光 被 最外 边 的宽 隙材 料 电池 利用 。 波长 较长 的光 能 够透 射 进 去让较 窄 禁带 宽 度材 料 电池 利用 ,这 就有 可 能最 大 限度 地将 光 能变 成 电能 , 这样 结构 的 电池就 是叠层 太 阳能 电池 。
12 制 备 方 法 和 种 类 . 叠层 太 阳能 电池 可 以通 过机 械堆 叠 法来 制 备 . 制备 出 先
交通 大 学物 理 系 的 陈鸣 波 、 容强 等O 用 低 压金 属 有机 物 崔 l 采
化 学 气 相 沉 积 工 艺 制 备 P N 型 的 G lP / a s叠 层 太 阳 能 — an 2G A 电 池 样 品 , 对 G IP 顶 层 电 池 进 行 改 进 , 得 的 电 池 光 电 并 an 制
转 换 效 率 为 2 . %。其 他 双 结 太 阳能 电 池 如 An 38 2 l
叠 层 太 阳 能 电 池 所 需 的 最 佳 匹 配 范 围 , 效 率 达 到 2 %。 其 3
s ,
G As e两者 的 禁 带宽 度 分 别 为 1 3e a ( ) G . V和 14 V. 9 .2e 正处 于 
在 双 结 电 池 的 基 础 上 .9 3年 在 国 外 就 有 报 道 研 制 出 三 19
两个 独 立 的太 阳能 电池 , 个 是 高带 宽 的 , 个则 是 低 带 宽 一 一 的, 然后 把高带 宽 的堆 叠在低 带 宽的 电池上 面 。黄素 梅 、 卓 孙 等阁 明 了一种 高 效 叠层 太 阳能 电池 的制 备 方 法 . 发 顶层 和 底 层共 用 同一块 玻璃 基 板 ,从 顶 层 太 阳 电池 引出 一对 电极 , 同 
时 从 底 层 太 阳 电 池 引 出 另 一 对 电 极 . 成 4个 终 端 结 构 的 叠 构
结 G I PG As e叠层 太 阳能 电池 。19 5  ̄s/ a/ G 9 6年 , 国光谱 实 美
验 室 研 制 的 该 类 电 池 的 最 高 效 率 达 到 2 .% .小 批 量 生 产 平 57
均效 率 达到 2 .%.9 7年 大批 量 生产 平均效 率达 到 2 .%。 38 19 45 20 0 0年 最 高 效 率 达 到 2 %,0 2年 大 批 量 生 产平 均 效 率 达 9 20
到 2 .%。目前 , 际 上 从 事 多 结 电 池 批 产 的 最 知 名 的 两 家 公 65 国
层 太 阳能 电池 。实 现对 太 阳能 电 池 的最佳 匹配 , 大地 提 高 极
太 阳 能 电 池 的 光 电 转 换 效 率 . 提 高 太 阳 能 电 池 的 质 量 和 性 
司是美 国的光 谱 实验 室 和 E oe公 司 ,其年 批 产能 力分 别 mcr
为 5 0k 和 2 0 k 。 0 W 0 W
能 。该 方 法有效 地 改善 了单 个 太 阳能 电池 光 谱 吸收 范 嗣窄 , 光 吸 收利 用效 率低

的 问题 , 效地 提 高 了太 阳 能 电池对 光 谱 有
作 为 I V 族 化 合 物 半 导 体 C T , 禁 带 宽 度 为 1 6e I I — d e是 . V 4
的直 接禁 带 半导 体 . 接近 太 阳能 电池 需要 的最优 化禁 带 宽 很
的吸收 转换 效率 , 光 电转 换效 率 可高 达 2 %~ 0 其 5 3 %。
叠 层 太 阳能 电池 研 究 主要 集 中在 多元 化合 物 叠 层 太 阳 
能 电 池 、 晶 硅 叠 层 太 阳 能 电 池 和 染 料 敏 化 叠 层 太 阳 能 电 池 非 等方 面 。
度 , 收系数 约为 15 m 就 太 阳辐射 光谱 中 能量 高于 C T 吸 0 ~, c de
禁 带 宽 度 的 范 围 而 言 , m 厚 的 C T 1 d e可 以 有 效 吸 收 其 9 %t I。 目前 , 内 的 C SC T 9 1l Ol - 国 d/ d e太 阳 电池 是 研 究 热 点 , 道 报
的最 高 光 电转换 率 是 由李 愿杰 等I制 造 的单 层 C SC T , 2 1 d / d e 效 
率 为 1 . %。 该 实 验 室 还 制 造 出 多 层 叠 层 C s d e太 阳 能 33 8 d/ T C 电 池 . 构 为 C SC T /d / d e n eC / i如 图 1 示 。 结 d / d eC SC T / T :uN , Z 所 这 种 叠 层 太 阳 能 电 池 的 效 率 可 以 达 到 81 % 。 .6
玻 璃 
S O2 n
2 叠 层太 阳能 电池 系列 
21 多 元 化 合 物 叠 层 太 阳 能 电 池 .
多 元 化 合 物 太 阳 能 电 池 指 不 是 用 单 一 元 素 半 导 体 材 料 
制成 的太 阳能 电池 。现在 各 国研究 的多 元化 合物太 阳 能电池 品种 繁多 , 但绝 大 多数 尚未工 业 化生产 。 半导 体化 合物 G A , a s C T ,uI, aS I S的禁 带 宽 度接 近 于光 伏 电池 所要 求 d e C ( G )e( G ) n C 的最 佳 禁 带 宽度 , 它们 具 有 高 的 光 电转 化 效 率 , 有较 低 的 又 制作 成本 , 以用来 制 造薄 膜叠层 太 阳能 电池 。 可 G As I — a 是 I V族 半 导体 材 料 , 带 宽 度 1 2e 与太 阳 I 禁 . V, 4 光谱 匹配 , 是理 想 的太 阳能 电池材 料 。 结 G A 单 a s电池只 能吸 收特定 光谱 的太 阳光 , 换效 率不 高 。不 同禁 带 宽度 的 I — 转 IV I 族 材料 制 备 的多结 G As 池 , a 电 按禁 带宽 度 由大 到小 叠合 , 这 些 I— I V族 材料 分 别吸 收和 转换 太 阳光 谱 的不 同子域 ,可 大 I 幅提 高太 阳能 电池 的光 电转换 效 率 。 由于镓 比较 稀 缺 。 有 砷
毒 , 造 成 本 高 , 类 太 阳 能

电 池 的 发 展 受 到 一 定 的 影 响 制 此
N C St e1 — d ( pcl o ) P C T ( pcl — d eo el t 1 N— d (ot cl C Sb tm e1 o ) P C T (otm cl - d e t e1 b o )
Z TeCu n : Ni
图 1 叠 层 太 阳 能 电池 结构
Fg 1 Ta d m olrc l tu t r igrm i. n e s a elsrc ue da a
C ( , aS : I S太 阳能 电 池 的光 电转 化 效率 高 、 能 uI G )e( G ) n C 性
稳 定 、 辐 射 能 力强 , 制造 成 本 低 , 受重 视 , 新 一代 太 抗 且 倍 是
阳能 电池。 的最 高 的转换 效率 已经 达到 1 .%t。 了提 高 它 95 ' 为 3 J
效率 , 以制 成 C SCS层叠 太 阳能电池 , 种 电池 的转换 效 可 G /I 这
9 科技 导 报 2 0 2 I ) 6 0 9, 7 3
瓣 
eV 1ew
率 据报 道 已经 达 到 3 .%, 叠层 电池 的 稳 定性 、 接 带 宽 、 39 该 直 高吸收 系数 对 于生 产低 成 本 、 效率 的两 结叠 层 太 阳能 电池 高 来 说是 可取 的。对 于两 结叠 层 太 阳能 电池 . 顶 层 电池 对 全 其 部转 换效 率 的贡 献大 , 以要 达到 C / I 5 所 GSC S2 %的转换 效 率 , 需要 转换 效 率大 于 1%高质量 的 C S顶层 电池 『。 5 G l 4 1
22 非 晶 硅 叠 层 太 阳 能 电 池 .
率; 外, 此 不仅 原料 和 制造 成 本低 , 而且 所用 材 料对 环 境影 响 小, 具有 代 表性 的增 感 色素 R u色素 的毒性 很低 , 电池 的生命 周 期评 估 也较 好 。要 把理 论 优势 转 化 为实 际 优势 , 取决 于 还 实 际 电池 中的材 料状 态与 理想 状态 的 符合 程度 。在 lsn 即 u (

天 中最 大 的照 射 下 ) 条件 下 , 料 敏 化 太 阳 能 电 池 的转 换 染
效 率 已经 超过 1 %t , 实用 化 研究 开 发 已经 开 始 。据 2 0 0 r其  ̄ 08 年 5月 媒 体 报 道 索 尼 已经 开 发 出商 业 应 用 的染 料 敏 化 太 阳 能 电池 , 率达 到 1 %。 效 0
染 料 敏 化 叠 层 太 阳 能 电 池 由 两 个 光 电 池 组 成 , 面 的 电 前
在硅 系列 电池 中 , 晶硅 (— i对 阳光 的 吸收 系数 最 高 , 非 a S) 活性 层 只需要 1 m厚 , 料 的需求 大大 减 少 。 是也有 不 少 材 但 缺 点 : 光照 时 问 增加 效 率反 而 衰退 : 带 宽度 为 1 V. 随 禁 . e 对 7 长波 区域

不 敏感 。研 究证 实 . 叠层 太 阳能 电池 可 有效 提 高非 
池 吸收 太 阳光 中 的高 能紫 外 和蓝 光 . 用 纳 米 晶金 属 氧化 物 利
薄 膜 来 产 生 电 子 一 穴 对 。 波 长 在 绿 光 到 红 光 之 间 的 光 被 空
晶 硅的 稳定 性 . 室外 阳光 下 照射 1年 的效 率 衰退 率 从 单结 使
的 2 %~ 5 5 3 %下 降 到 2 %以下 。下 面 将 介 绍 a S p l— ia 0 — i oy S ,— /
S/c S ,— i I ix— ia S/ S3种 主要 的 非 晶 硅 叠 层 太 阳 能 电 池 。 l C 多 晶 硅 (oy S ) 禁 带 宽 度 ( 。 V) 非 晶 硅 小 得 多 , p l— i的 11 e 比 2
Gt l r e 敏化 二 氧化 钛 电池 吸 收 .这 两个 电池 连接 起 来提 供 电 z 压 [。染 料敏 化太 阳能 电池 的 能量 转换效 率 主要 与敏 化剂 吸 嚣 】 收 太 阳光 谱 的 能力 有 关 , 了 提 高光 谱 效 应 , 电池 的 两 个 为 在 不 同层上 用不 同的敏 化剂 染料 。 马廷 丽 、 苗青 青[制作 了一 种 2 9 1 叠 层 式染 料 敏化 太 阳能 电池 。其 特征 在 于 , 部 的 太 阳能 电 顶 池 与底 部 的 太 阳 能 电池 的 光 阳 极 分别 吸 附具 有 相 同 结 构或 不 同结 构 . 同 光谱 响 应 范 围 且 有互 补 性 质 的染 料 : 个 太 不 两
阳 能 电 池 的 光 阳 极 结 构 为 在 基 板 上 载 有 一 层 导 电 膜 和 半 导 
作为 a S oy s 叠 层太 阳能电池底 电池 的光 吸收体 ,它 能有 - l— i 效吸 收从顶层 电池 透射 的能量 小 于非 晶硅禁 带宽 度 的太 阳光 辐射 光谱 , 提高叠层 电池的能量转 换效率 。 a a ua 理论上 计 T k k rt
算出 a S o — i — l S 叠层 太 阳能 电池有 超过 3 %的效 率 ,已制备 v 0
出 1. 33 %能量转 换效率 的 a S/oy S 叠层 太 阳能 电池【. — i l— i p 1 四端 6 1 输 出转换效率 达 2 。 未 发现电池性 能随光照 而衰退¨ l 7 1 , 6。 _ 微 晶硅 ( — i 有 比非 晶硅更 高 的光 吸收 系数 , c S: H) 尤其 近 红外 高 出 2 3数 量 级l , 照衰 退 效应 引 起 的 薄 膜性 能 衰 退 ~ l光 8 1 远 比非 晶硅 小 『 9 而经 氧 化 微 晶 硅 的 载 流子 迁 移 率 可 增 大 I1 8 . — 加 倍 [. 2 激起 人 们研 制 全 微 晶硅 P i N型 太 阳能 电 池 的 热 0 1 —~ 情n 。 目前单 结 微 晶硅 P iN太 阳能 电 池能 量 转换 效 率 已 B9 _1 —— 达 78 l, .%I 而且 其 光伏 特 性

特 别 适 合用 来 制造 a S/. S 叠 圳 —i c i p—
层 电 池 的 底 电 池 . 国 外 报 道 已 获 得 94 的 电 池 能 量 转 换 效 .%
体 薄膜 及 染料 . 向电 极 为带 有 导 电性 的 基 板 . 两 个 电极 对 在 之 问介 入 电解 质 。这一 新 型叠层 式染 料敏 化太 阳能 电池 有 光 电转 换 效 率高 、 格 低 、 备 工艺 简 单 并 且 易 于 大 规模 生 产 价 制 的特点 。解 决 现有 太 阳能 电池效 率 低 、 成本 高 , 制备 工艺 复杂 的问题 。用 该发 明 的技 术手法 制 造 的染料 敏化 太 阳能 电池可 
用 做太 阳能 发 电和 太 阳能制 氢系 统 。
3 总 结 和 展 望 
叠 层 太 阳 能 电 池 的 设 计 难 题 在 于 要 寻 找 两 种 晶 格 匹 配 
率 , 长期 光照 电池性 能 衰退极 小l 。林 鸿生 等【通 过 数值求 且 l 9 1 2 I 1
解 Pi o os n方 程 .对 经 高 强 度 光 辐 射 过 的 a S/ C S 叠 层 电 s — ix— i I
良好 的半 导体 晶体 ,其 禁 带 宽度 将 引起 高效 率 的能 量转 换 。 此 外 , 理想 的情 况下 , 在 电池 导 带 的最 上 层 应该 有 与底 层 价 带 大约 相 同的 能量 . 这使 得 顶端 半 导体 的 电子 被太 阳光 激 发 
后 能 够 很 容 易 的 从 导 带 进 入 底 部 半 导 体 晶 格 的 孔 ( 带 ) 电 价 .
池 进行 了数值 模 拟分 析 . 明 a S/ c S 叠层 电 池 的顶 层 电 表 — i  ̄— i p 池 a S 未发 生光致 衰退 效应 . 种结 构 的 电池具 有较 高 的光 —i 这 稳定 性 。薛俊 明等[采用 射频 等 离子 增强 化 学气 相 沉积 法 制 2 2 1
得 a S/ c S 叠层 电池 , 率 达到 98 %, — i .— i p 效 .3 高于 国外 水平 。
C lS un e 是一 种 光吸 收 系数很 高 的半导 体材 料 , 能 量稍 对 大 于其 禁带 宽度 (.4e 的 光 子 , 的 吸 收系 数 在 l5 m 1 V) 0 它 0 c
数 量 级 上 ㈣。C lS : 多 晶 薄 膜 太 阳 能 电 池 已得 到 了 广 泛 的 un e 基 研 究 , 也 是 一 种 制 造 a S/ I 层 太 阳 能 电 池 底 电 池 最 理 它 — i S叠 C
子 在价 带上 又 被不 同 波长 的太 阳光 激 发 。这 样一 来 , 部 分 两 的 电池 一 起 工 作 . 两 个 串连 的 蓄 电池 , 且 总 功 率 与 两 个 像 并 电池 的 功率 总 和相 等 。但 是 , 果 在接 合 处 价带 和 导带 没 有 如 被正 确 的 匹配 . 当电 子流 过 时就 会 因为 由此 产生 的 电 阻造 成 功率损 耗 。例 如 , 高效 率 的 G A /e叠层

电池 早在 18 a sG 9 7年 就 已制 备 出来 , 果证 明 由于 电流 不 匹 配 而不 能应 用 。可 用 可 结
行 性 分 析 方 法 或 泊 松 比 和 连 续 性 方 程 设 计 叠 层 电 池 的 电 流 
想的 光吸 收体材 料之 一 。 a a ua 理论 上算 出 a S, I T k k r 从 — i S叠 C
层 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 能 超 过 2 % . 制 备 出 1 %稳 0 已 3 定 效 率 的 a S CS叠 层 太 阳 能 电 池 [ , 四 端 输 出 达 1 .% . —i I / 2而 5 1 46
匹配[ 3。另 外就 是 实际 应用 中叠 层 电池 的稳定 性 问题 。  ̄o -1 以 I— IV族 化 合 物 及 C S等 稀 有 元 素制 备 的 太 阳能 电 I I 池 , 管 所 制成 的 电池 转 换 效 率很 高 , 从 材 料 来 源 和 环境 尽 但 问题来 看 . 这类 太 阳能 电 池将 来 不 可能 占据 主导 地位 。高转 换 效 率 和 降低 成 本 是 太 阳能 电池 制 备 中要 考 虑 的 两个 主要 因素 。 目前 的非 晶硅 系 叠层 太 阳能 电池 , 想 把 效 率 提 高很 要 多 是很 困难 的 . 而且 非 晶硅 系叠 层 太 阳 能 电池 对材 料 纯 度要 求 较高 。 格 贵 . 大 程度 上 限制 了其工 业化 推 广 。染料 敏化 价 很
没有发 现 电池性 能随 光照 而衰 退 
23 染 料 敏 化 叠 层 太 阳 能 电 池 .
自从 19 9 1年 G t l r e 等 首 次将 金 属 钌 有 机 配 合 物 作 为 z
染 料吸 附在 TO 纳米 晶 多孔 膜制 成 电池 后 , 引 了许 多研 究 i 吸
者 的 目光 。 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 原 理 上 有 诸 多 优 势 : 于 几 由
乎 所 有染 料 激 发 态上 的 电子 可 以 有效 地 注 入 到 半 导 体 导 带 
中 . 少 了 电子 与 空穴 复 合 的 机会 , 利 于 提 高 光 电 转换 效 减 有
科 技 导 报 2 0 ,7 3 9 0 02 () 7
Rei e vw
太 阳能 电 池 自 19 9 1年提 出 以来 , 直是 科学 家 的研 究 热 点 , 一 染 料敏 化叠 层 太 阳能 电池 的研 究 虽然 刚 刚起 步 , 其 关键 材 但 料 二 氧化 钛 薄 膜 和光 敏 化 剂 , 材料 低 廉 而 且 来 源广 泛 , 且 并 染 敏二 氧化 钛 制备 工 艺简 单 。虽 然短 期 内 , 类 太 阳能 电池 硅 在 市 场 占有 主 要 比例 . 是 在不 久 的将 来 , 着科 技 的进 一 但 随 步 发展 , 染料 敏化 叠层 太 阳能 电池有 十分 广 阔的应用 前景 。
参 考 文 献 ( eee c s R frn e )
【】 长 贵 , 斯 成 . 阳 能 光 伏 发 电 应 用 实 例 【 . 京

: 学 工 业 出版 1王 王 太 M]北 化
社 . 0 5 20 .
【6 n u ,e iu i Szk , t 1 T asot n tr ca as r 1】Io eS Ihk n uu i e . r pr a di ef i t nf N, T o n n a lr e
o et n y -es i dsl s ]P y hm 19 , 0 : 60 f lcr si d e sn iz a [ . hsC e B, 9 8 12 4 9 . e o n te o rJ 【7 uznd l , utl ,C at n , t . ly dC mpu d [. 1】N t ae C Z t e e A h r u iD e Al sa o o n sJ o 1 0 o n 1
Ee t - h m Sl — tt L t 19 ()3 . lcr C e oi Sae et 9 92: o o d , [8 e e 1】T i rW,Ha ok R B D jri , t以 Da n - ot n r z ] c , uadn E e l i mo d cae Z S f d o
mirvdeoi eia c[ . ul h s o , 9 9 4 ()5 9 poe rs nrs t eJ B lAm P y c 19 , 41: 1. o s n ] S f9 etesK A O sn JM. 95 一fcetG lP G Ast dm oa 11B r s , l 2 . e ii an J a e sl n o % f n n a r
cl [ . p l hsL t 9 4 6 ()9 9 9 1 elJ A p y et 9 , 58: 8— 9 . s] P ,1 【0 o n C a ,Ta rB Y, ta.O t a dsg fhg e cee 2 】Jh ,F C su e 1 pi l ein o i n m h-f iny
t d m cl [] Poedn so e1t E E P ooot eS ei is n a e el C/ rceig f h 6hI E h tvl i pca s s / t a lt
Co f r nc , w r : EEE 9 2 6 2 7 . n e e e Ne Yo k I ,1 8 : 9 — 01 
[1 林 鸿 生 , 罡 , 开 敏 . — ir— i 层 结 构 太 阳 能 电 池 中 的光 诱 导 2】 林 段 a S/c S 叠 ; 性 能 衰退 l1固体 电子 学 研 究 与 进 展 , 0 0 2()3 3 37 J. 2 0 , 08: 1— 1 .
Wag C agu,Wag i e g P ooo a p w r a piai M】 n hn gi n Sc n. h t h i o e p

l t n f . h v c c o
B in : hmi ln ut rs, 0 5 e ig C e c d s yPes2 0 . j aI r
【]G en M 2 re A.T i eeain p oooac:Slrcl o 0 0 a d hr gn rt htvh is oa el fr 22 n d o s byn [ . hsc 2 0 , 4 6 - 0 e odJ P yi E, 0 2 1 : 5 7 . ] a 【] r T gy , aaT e 1 lcr-h mi litraa o rai 3 A eK, aaaH Ogt , to .Eet ce c nec t nog c o a l i n
mo clsit lyrd oie,Mo J. trR sB l 9 6 13: l ue no aee xds e O 1 Mae e ul 9 ,3 ( ,1 )
2 3 8 .
Ln H n seg i ag i oghn ,Ln n ,Dun a n G a K i .Reerh ad Pors f mi sac n rges o 
Sl teEl t nc, 0 0 2 ()3 3 3 7 oi Sa e r i 2 0 , 08: 1- 1. d t co s f2 薛 俊 明, 耀 华 , 颖 , . 膜 非 品 硅 , 晶 硅叠 层 太 阳 能 电 池 的研 21 麦 赵 等 薄 微
究 【. 阳 能 学 报, 0 5 2 () 16 19 J太 】 20 , 62: 6 — 6
Xu u mig e J n n ,Ma Ya h a h o Yig i o u ,Z a n ,
【】 毅 , 盛 明 . 晶硅 叠 层 太 阳 能 电 池 的 现 状 与 发 展 方 向 I. 空 科 4李 胡 非 J真 】 学 与 技 术 学 报 , 0 0 2 ()2 2 2 5 2 0 , 03: 2 — 2 . L ,H hn mig a um c ne a d Tc nlg,2 0 ,2 () iYi u S cg n .V cu Si c n ehooy 0 0 0 3: e
2 2 2 5 2—2.
Snc , 0 5 2 ()16 19 ii 2 0 , 62: 6 - 6 . a 【3 S mk Pors nhg - efr ac V P l—rs l eti- 2 】 y oD M. rgesi ih pr m n eP : o c t i hn o y y a n l
i ad m cl f]T e 1t uoe P ooot i S a nry fm tn e es C/ h 9h E rp a h tvl r lrE eg l l / n aeo
Co e e c , a i , 0 4 65 . f n r n e P rs 2 0 :1

1 
【】黄 素 梅 , 卓 , 修 兵 , . 种 高 效 叠 层 太 阳 能 电池 及 其 制 备 方 法 : 5 孙 许 等 一
中 国 , N 0 7 0 4 7 33P. 0 8 C 2 o 1o 2 9 -【12 0 .
【4 C uTI C uSS T i l IVp o vhi J S l teE crn 2 】 h J h . hnfm I lh t o ac l1 oi Sa l t , , i — o . d t e o 19 , 83: 3 . 9 5 3 ()53 15Mi hl K E esahrC E nrJ e ; Pors fhg e cec 2 ] t el , b r ee , n e , tn. rgeso i c p h-f iny i f
【】 lo 6 snJM,K n ,Kb lrA E e o.Hg fc nyGa sslr O u zS R ibe , t 1 ih e i c A oa i fe cl s gG lP 【 D 】 id w l es [. p l P y et 90 5 : el ui an R 2 wn o a r J A pe h sL f 9 , 6 s n y 】 ,1
6 3 2.
ti l e s dsb d ls ]Sl el 99 2 (】6 . hnfm cl u moue[ . o C l,18 , 74: 9 i la n J s
【6 0’ ea , rt l A l cs hg -fcec l e ae n 2 】 R gnB Gaz e M. o ot ih e ii ys a clb s o w- n or l d d e sniz ol d O l J. aue 19 , 5 : 3 . y—e sie cl ia td o 1 2 mI N r, 9 1 3 3 7 7 i f 1 t 【7 N zr d i , a , oii , t . o vrino i2 yCs 2 】 aer dnM K K yA R dc le C nes f 0 i- u o 1 0 o T b
[】T kk r T ert a nls fh f c o o d co a do st 7 a auaH. h oei a a i o eef t fcn ut nb n f e c l ys t e i
0 nd CI ly r n e fr n e o S oa e l i g d v c f Wi 0 S a e s o p ro ma c f CI s l c l usn e i e r s
xBs (, bp r ie 44dcroyae ute m () 】Am C e 2i 22一 iyi n - , i b xltr hmu d a ) I f . h

m IJ
O ,1 9 11 : 3 2. S c 9 3, 5 6 8
s uainJ. p l hsL t 9 2 3 ()29 . i lt [ A p y et 9 , 18: 34 m o ] P ,1 【】 maa aY Ma u t, k ymaM, t . rce ig fh t . 8 Ha kw , t moo O ua e Poedn so e7hE C s 1 0 t
【8 uehSR ri ,G m sE C F biai f ao oo sTO ls 2】S rs ,Ca A r e . a r t o npru i2 m g i c n n i f tru hb nr— rn oi o vci []Ma e no a 2 0 . ho g ead maagn n et nJ. t slnv , 0 2 c o R t
P o vh i Sl n ryC neec []D rrc tN tel d edl ht o ac oa E eg ofrn eC, o eh, ehr sR ie o r d n a ,
l 8 :5 2 97 7.
【】陈鸣 波 , 容 强 , 亮 兴 , .P N 型 Gan J A 叠 层 太 阳 电 池研 究 9 崔 王 等 — lP Ga s 【. 理 学 报, 04 5 (1: 6 2 3 3 . J物 1 20 , 31)3 3 — 6 6
Ch n e Mi g o n b ,Cu Ro g i n ,W a g i n xn ,e i nqag n L a g i g t Ac a h s a t P y i c
【9 2 1马 延 丽 , 青 青 . 型 有 机 太 阳 电池 塑 料 薄 膜 化 的 研 究 进 展 『. 学 苗 新 J化 1
进 展 , 0 6 83: 7 一 8 . 2 0 ,l () 1 6 l 1
MaY niMioQnqn . h m cl n ut n ni eigPors, al, a igig C e ia Id sr adE gn r r ges y e n
20 , 83: 7 - 8 . 0 6 l() 16 1 1
Sn 2 0 , 31 )3 3— 6 6 ii 0 4 5 (1 6 2 3 3 . c : 【0 HaiciT O t u d s nad i xe met p raho 11MaW, rh . pi m ei t epr na a poc f u m g n s i l
a S/ l— ia dm sl el J. o nr trSl 胁,19 , - ip y S t e oa cl 】S l eg Mae o / e n r s【 E y 9 4 3 ()3 1 24: 5 . 【l Mee ' lc i rR hlA e l】 i J Fu kg

,sal , t r e C m lt cors ln —— o peemi cyt l eP iN r ai sl e - rs ln ra rh u e h v r[1A p h sL t oa cl C t l eo mop oscl b ai J. p lP y et r l y ai le o ,
【0 ae Sui, a Sn h O t a moel go ige jnt nP—- 3 1P vl tl Ji ig . pil k c d ln asnl-u c o iN i f i
tp a d t d m tu t r o h u sl o o a el w t p re t y e n a e sr c u a r o s i c n s lr c ls ih ef c n e m p i
cr n ac ig【1Sl n r t r l adS ur t thn J o a E eg Ma is n e m . r y ea
2 - 8 . 71 2 8 
Cl , 9 , 6 el 1 卯 4 : s
( 责任 缟辑
岳 巨)
19 , 57: 6 . 9 4 6 ( 80 ) 【2 李 愿 杰 , 茜, 兵 , . d ,dr 层 太 阳能 电池 的 制 备 及 其 性 能 l】 唐 李 等 c SC r e叠 啊 . 导 体 学 报 , 0 7 2 ()72 7 5 半 2 0 , 85: 2 — 2 .
L Y aj ,T n Q a, L Bn , e 1. C i s Juma o i u i n e ag i n i ig t 0 hn e o r l f e
Smiod c s 2 o, 85: 2 — 2 . e cn ut , 0 7 2 ()7 2 7 5 r a 【3 g e A C, nu l , ufR hrce zt n o u ( , aS z 11Mi l Ma e R Noi .C aatrai fC I G ) u J i o n O ma r l ue i rcr pr r ac l e s 【.T i Sl ti s sd n eo e a d e fm n es a cl J hn oi o or l 】 d
g dms 0 6 51 - 2. .2 o : 1 51
【4 a o , siu ,Y aa aN, t 11Si h K Ihgr N a gw e t u n
P r r a c fP—— l efm n eo iN s a o or
cl i tni p - ia e[. n r t l s 19 , 9 : 0 3 el wt i r s , S yr ]No y i , 9 6 1 8 19 . s hni c c l J c sS d o
【5 F r i 1】 aa M, G k a

e S C o d ar M, e 0. Hih j oh s , hu hi l S t1 g moit bly i 
h d o e e td a d o y e a e mi r c sa ln s l o a a y rg n z e n x g n td a co r tl e y i ii n c s
p o sniv ae a h t o a pl ain J A p hsL t h t estem tr i p oo h i api t s[. p l y et o i i n l v e c o 1 P , l9 . o2 )3 8 . 9_ 6 (6: 2 9 2
9 科 技 导 报 2 0 2 3) 8 0 9。 7(

1

相关文档
最新文档