有机太阳能电池

有机太阳能电池简介

有机太阳能电池简介 随着社会的发展,能源危机在近几十年变得越来越突出,传统的化石能源有着随时枯竭的危险,同时化石能源的使用造成的环境污染也越来越突出。在此背景之下,寻找可代替的新能源成为当下研究的热点,而在众多备选的替代者中,太阳能电池由于其清洁性,可持续性等优点得到了大量的关注。 在1954年贝尔实验室制作了光电转化效率达6%的太阳能电池,标志着商业化太阳能电池研究的开始。到20世纪70年代,用于卫星的半导体硅太阳能的光电转化效率已达到15%~20%。但硅系列太阳能电池材料纯度要求很高且制作工艺复杂,因此成本高,难以大规模生产。其它类型半导体材料的太阳能电池因存在材料来源及工艺等问题也同样难以得到推广。而有机太阳能电池以其材料来源广泛、制作成本低、耗能少、可弯曲、易于大规模生产等突出优势显示了其巨大开发潜力,成为近十几年来国内外各高校及科研单位研究的热点。但有机太阳能电池从其诞生以来,一直面临着效率低下的问题,至今为止,在实验室内的效率才刚刚突破10%,与硅太阳能电池相距甚远,因此提高电池效率是有机太阳能电池的主要研究方向。 一.有机太阳能电池原理及构造 1有机太阳能电池的光生电原理 对于一个有机OPV(有机太阳能电池),其基本原理就是利用光电材料的光生伏特效应产生电流,其基本的物理过程如图一所示。不同于无机材料能直接吸收光子产生自由电子,有机光敏材料在吸收光子之后会产生一个激子对,即电子空穴对,必须使激子解离之后才能形成光电流。而解离产生的电子必须到达电极才能对器件的光电流产生贡献。也就是说,产生光电流需要经过吸收光子,产生激子,激子解离扩散,电极收集这些过程,这一过程相比较无机材料要困难的多,这也造成OPV的光电转化效率一直不高。

太阳能电池

太阳能电池及材料研究 引言 太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源,不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中;大阳能光电利用是近些年来发展最快,最具活力的研究领域,是其中最受瞩目的项目之一。为此,人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应,根据所用材料的不同,太阳能电池可分为:1、硅太阳能电池;2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池;3、功能高分子材料制备的大阳能电池;4、纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池,对太阳能电池材料一般的要求有:1、半导体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。基于以上几个方面考虑,硅是最理想的太阳能电池材料,这也是太阳能电池以硅材料为主的主要原因。但随着新材料的不断开发和相关技术的发展,以其它村料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景。本文简要地综述了太阳能电池的种类及其研究现状,并讨论了太阳能电池的发展及趋势。 1 硅系太阳能电池 1.1 单晶硅太阳能电池 硅系列太阳能电池中,单晶硅大阳能电池转换效率最高,技术也最为成熟。高性能单晶硅电池是建立在高质量单晶硅材料和相关的成热的加工处理工艺基础上的。现在单晶硅的电地工艺己近成熟,在电池制作中,一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术,开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池。提高转化效率主要是*单晶硅表面微结构处理和分区掺杂工艺。在此方面,德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化,制成倒金字塔结构。并在表面把一13nm。厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合.通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率:通过以上制得的电池转化效率超过23%,是大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积(225cm2)单电晶太阳能电池转换效率为19.44%,国内北京太阳能研究所也积极进行高效晶体硅太阳能电池的研究和开发,研制的平面高效单晶硅电池(2cm X 2cm)转换效率达到19.79%,刻槽埋栅电极晶体硅电池(5cm X 5cm)转换效率达8.6%。 单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的,在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响,致使单晶硅成本价格居高不下,要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了节省高质量材料,寻找单晶硅电池的替代产品,现在发展了薄膜太阳能电 池,其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。 1.2 多晶硅薄膜太阳能电池 通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350~450μm的高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料,人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜,但由于生长的硅膜晶粒大小,未能制成有价值的太阳能电池。为了获得大尺寸晶粒的薄膜,人们一直没有停止过研究,并提出了很多方法。目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法,包括低压化学气相沉积(LPCVD)和等

太阳能电池的发展历史

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/f8868039.html, 太阳能电池的发展历史 作者:张金晶 来源:《商情》2016年第26期 【摘要】相对于风能、地热能、生物能和潮汐能等新能源,太阳能以污染小、可利用率高、资源分布广泛和使用安全可靠等优点,成为最具有发展前景的能源之一。目前,随着太阳能电池制备技术的不断完善,其技术的开发应用已经走向商业化、大众化,特别是一些小功率、小器件的太阳能电池在一些地区都已经大量生产而且广泛使用。所以谁先开发光电转换效率高、制备成本低的太阳能电池就能在将来的市场抢占先机。 【关键词】太阳能单晶硅薄膜电池 引言:随着社会的飞速发展,能源是影响当今社会进步的重要因素,但是现阶段人类社会发展大部分还是依靠化石能源提供能量。可是化石能源分布极不均衡,并且不可再生,而且燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重影响到了人类社会的可持续发展。然而太阳能是一种可再生清洁能源,可以提供充足的能量供人类使用,因此开发新能源,是人类社会薪火相传,世代相传的重要保证。 此外,不可再生能源的过快消耗对当今的环境形势提出了新的挑战。例如如何解决温室效应,臭氧空洞等问题。有限的化石能源以及在开发利用不可再生能源的过程中出现的负面影响,不仅阻碍了人类经济的飞速发展,而且还严重影响到社会的可持续发展。因此,发展一种新型能源已然成为世界各国提升自己综合国力和倡导能源发展的一个重要手段。 1. 第一代太阳能电池 第一代太阳能电池是发展时间最久,制备工艺最为成熟的一代电池,一般按照研究对象我们将其可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅电池。按照应用程度来说前两者单晶硅与多晶硅在市场所占份额最多,商业前景最好。 单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池。从单晶硅太阳能电池发明开始到现在,尽管硅材料有各种问题,但仍然是目前太阳能电池的主要材料,其比例约占整个太阳电池产量的90%以上。我国北京市太阳能研究所从20世纪90年代起开始进行高效电池研究,采用倒金字塔表面织构化、发射区钝化、背场等技术,使单晶硅太阳能电池的效率达到了19.8%。多晶硅太阳能电池的研究开发成本较低,稳定性也比较好,这两大优势引起了科研工作者的注意。其光电转换效率随着制备工艺的成熟不断提高,它达到的最高的光电转换效率为21.9%,但是它的电池效率在目前的太阳能电池中仍处于一般水平。 2.第二代太阳能电池

有机太阳能电池

2 有机太阳能电池综述 2.1有机太阳能电池材料简述 对于有机太阳能电池材料可以简单地分为两类,一类是小分子材料,另一类是聚合物材料。严谨一些的分法可以大致分为以下五类:⑴有机小分子化合物; ⑵有机大分子化合物;⑶D-A二元体系;⑷模拟叶绿素分子结构材料;⑸有机无机杂化体系。但鉴于本论文的工作内容和研究深度,在这里只对前面简单分类作主要介绍。 2.1.1小分子材料 有机小分子光电转换材料大部分是一些含共轭体系的染料分子,它们能够很好地吸收可见光从而表现出很好的光电转换性质。它们具有化合物结构可设计性、材料质量轻、生产成本低、加工性能好、便于制备大面积太阳能电池等优点。主要的小分子材料有酞菁[3]、卟啉[4-6]和苝菁[7,8]等,现简单介绍如下:酞菁类化合物是典型的p型有机半导体,具有离域的平面大π键,600~800nm 的光谱区域内有较大吸收。其合成已经工业化,是太阳能电池中很受重视、研究得最多的一类材料。这几十年来,人们主要研究了从金属酞菁在金属电极尤其是铂电极上的光电效应,探讨了如中心金属离子、掺杂及环境气氛等影响金属酞菁光伏效应的多种因素,到金属酞菁在无机半导体如ZnO、CdS、SnO2等上面的光伏效应。 卟啉由4个吡咯环通过亚甲基相连形成的具有18个π电子的共轭大环化合物,其中心的氮原子与金属原子配位形成金属卟啉衍生物。卟啉和金属卟啉都是高熔点的深色固体,多数不溶于水和碱,但能溶于无机酸,溶液有荧光,有非常好的光、热稳定性。卟啉体系最显著的化学特性是其易与金属离子生成1:1配合物,卟啉与元素周期表中各类金属元素(包括稀土金属元素)的配合物都已经得到。 苝属于n型半导体材料,其吸收范围在500nm左右,其在可见光区有强吸收。单线态电子从染料注入半导体的导带的速度通常比三线态快。菁染料是一种双极性分子,属p型半导体,是良好的光导体,在溶液中具有良好的溶解度。在光激发下,份菁分子的电荷分离效率较高。不过,菁染料存在稳定性差的缺陷。 此外,其它有机小分子材料还有:方酸类化合物[9,10]、罗丹明、并四苯等。

有机太阳能电池

有机太阳能电池 摘要有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备的优点而受到广泛关注,对电池原理,结构,材料的研究对提高有机太阳能电池的性能有重大意义。本文主要综述了有机太阳能电池的工作原理,电池结构以及电极材料。并对有机太阳能电池的应用前景做了展望。 关键词原理;结构;材料;应用前景 1.有机太阳能电池简介 有机太阳能电池,顾名思义,就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。主要是以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料,以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.由于无机硅太阳能电池的材料生产成本高,污染大、能耗高,寻找新型太阳能电池材料和低成本制造技术便成为人们研究太阳能电池技术的目标。有机太阳能材料和电池制备技术有望成为低成本制造的选择之一。 世界上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,染料层夹在两个功函数不同的电极之间。1986年,行业内出现了一个里程碑式的突破——有机半导体的发明。器件的核心结构是由四羧基苝的一种衍生物(PV)和铜酞菁(CuPc)组成的双层膜。双层膜的本质是一个异质结,其思路是用两种有机半导体材料来模仿无机异质结太阳能电池。1992年,土耳其人Sariciftci在美国发现,激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子中,而反向的过程却要慢得多。1993年,Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。随后,研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念:混合异质结(体异质结)。而所谓“混合异质结”,就是将给体材料和受体材料混合起来,通过共蒸或者旋涂的方法制成一种混合薄膜。给体和受体在混合膜里形成一个个单一组成的区域,在任何

太阳能电池材料的发展及应用

太阳能电池材料的发展及应用 材料研1203 Z石南起新材料(或称先进材料)是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。 随着科学技术发展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究,是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能,特殊的物理、化学、生物学效应,能完成功能相互转化,主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料是新材料领域的核心,是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,还对我国相关传统产业的改造和升级,实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多,用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用,它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中,功能材料约占85%。我国高技术 (863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目(约占新材料领域70%比例),并取得了大量研究成果。

有机太阳能电池原理及其前景展望

电子信息学院 《太阳能电池》 结业论文 有机太阳能电池原理及其前景展望

班级 姓名 学号 指导教师 日期2015.10

有机太阳能电池原理及其前景展望 *** (***) 摘要:俗话说,万物生长靠太阳,地球上的风能、水能、生物质能等等都来自于太阳;即使是化石燃料(如煤炭、石油、天然气等),从根本上说也是来自于太阳。如今,这些远古时期留下来的不可再生资源面临着枯竭的命运,如何寻找新的可替代能源成为当务之急,而太阳能以其清洁环保、资源丰富的特点成为其中一个选择,其中有机太阳能电池是实现将太阳能直接转变为电能的最有前景的器件之一。介绍了有机太阳能电池的基本原理,并对其应用前景做出了展望分析。 关键词:有机太阳能电池;原理;结构;转换效率;缺陷;优势 中图分类号:TM914.4文献标识码:A The Principle of Organic Solar Cells and its prospect *** (***) Abstract:As the saying goes, all living things depend on the sun for their growth, and on earth, wind, water, and biomass energy and so on from the sun;Even (fossil fuels such as coal, oil, natural gas, etc.), basically is from the sun.Today, the non-renewable resources of ancient times to stay face the fate of dried up, how to look for new alternative energy become priority, and the characteristics of solar energy with its clean environmental protection, resources become one of the options, including organic solar cells is the realization of the solar energy directly into electrical energy one of the most promising devices.This paper introduces the basic principle of organic solar cells, and to the analysis and outlook of its application prospect. Key words:organic solar cells;principle;structures;transfer efficiency;defect;superiority 0引言 现今能源问题是世界各国经济发展的首要问题,太阳能是未来最有希望的能源之一[1],

有机太阳能电池研究进展(1)

专题介绍 有机太阳能电池研究进展 X 林 鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王 丽 (北京交通大学光电子技术研究所,信息存储、显示与材料开放实验室,北京,100044) 摘 要:有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。 关键词:有机太阳能电池;器件结构;给体;受体;转换效率 中图分类号:T N 383 文献标识码:A 文章编号:1005-488X(2004)01-0055-06 Progres s in Study of Organic Sola r Ce ll LIN Peng ,ZHANG Zhi -feng ,XIONG De -ping ,ZHANG Meng -xin ,WANG Li (I nstitute of O p toelectronics T echnology ,Beij ing J iaotong University ,Beijing ,100044,China )Abstr act :Compaer ed with inorganic solar cells ,organic solar cells still have many critical pr oblems.In order to improve the properties of organic solar cells,a lot of different studies have been carried on.T he main purposes of these studies are to seek new mater ials and new device structure.A brief review of the theory of photovoltaic cells,along with some aspects of their characterization ,the basic efficiency loss mechanism ,typical device structures ,and the trends in research will be presented. Key wor ds :organic photovoltaic cell;device structure;donor;acceptor ;conversion effi-ciency 前 言 进入21世纪以来,由于煤、石油、天然气等自然资源有限,已经不能满足人类发展的需要。环境污染也已经成为亟待解决的严重问题。同使用矿物燃料发电相比,太阳能发电有着不可比拟的优点。 太阳能取之不尽,太阳几分钟射向地球的能量相当 于人类一年所耗用的能量。太阳能的利用已经开始逐年增长。但目前使用的硅等太阳能电池材料,因成本太高,只能在一些特殊的场合如卫星供电、边远地区通信塔等使用。目前太阳能发电量只相当于全球总发电量的0.04%。要使太阳能发电得到大规模推广,就必须降低太阳能电池材料的成本,或 第24卷第1期2004年3月 光 电 子 技 术OPT OELECT RONIC T ECHNOLOGY Vol.24No.1 Mar.2004   X 收稿日期:2003-11-17 作者简介:林 鹏(1978-),男,硕士生。主要从事光电子技术研究。 张志峰(1977-),男,硕士生。主要从事有机电致发光(OLED)的研究工作。熊德平(1975-),男,硕士生。主要从事无机半导体材料方面的研究工作。

浅谈太阳能电池的发展与应用

浅谈太阳能电池的基本原理与应用 摘要:人类面临着有限常规能源和环境破坏严重的双重压力。特别是煤、石油、天然气等不可再生能源的逐渐枯竭,能源问题已经成为制约社会经济发展的重大问题,研究新能源的开发利用已是当务之急。太阳能作为一种清洁、高效、取用不尽的能源已有尽半个世纪的发展历程。并成为当前各国争相开发利用的一种新能源。太阳能光伏发电的最核心的器件是太阳能电池,太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。为全面的了解太阳能电池的相关知识,本文通过查阅大量资料与新闻信息,综述太阳能电池的发展历程与当前应用情况。重点研究太阳能电池的工作原理,基本结构,主要类型,发展现状及趋势。 关键词:太阳能电池;基本原理;材料; 晶体硅;薄膜太阳能电池;转换效率 引言:由于人类对可再生能源的不断需求。促使人们致力于开发新型能源。太阳在40min内照射带地球表面的能量可供全球目前能源消费的速度使用1年。合理的利用好太阳能将是人类解决能源问题的长期发展战略,是其中最受瞩目的研究热点之一。在太阳能的有效利用中, 太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域. 太阳能电池的研制和开发日益得到重视. 太阳能电池是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应而进行工作的. 根据所用材料的不同, 太阳能电池主要可分为四种类型: ( 1) 硅太阳能电池; ( 2) 多元化合物薄膜太阳能电池; ( 3) 有机物太阳能电池; ( 4) 纳米晶太阳能电池.太阳能电池以硅材料为主的主要原因是其对电池材料的要求: ( 1) 半导体材料的禁带宽度不能太宽; ( 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. 随着新材料的不断开发和相关技术的发展, 以其他材料为基础的太阳能电池也愈来愈显示出诱人的前景. 本文简要地综述了太阳能电池的原理、种类及其研究现状, 并讨论了太阳能电池的发展趋势. 1 基本原理 太阳能(Solar Energy),一般是指太阳光的辐射能量。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。 1.1 半导体的简单介绍 半导体材料指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度,电阻率下降。半导体材料很多,按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体;化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物(砷化镓、磷化镓等)、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体(镓铝砷、镓砷磷等)。除上述晶态半导体外,还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。 在形成晶体结构的半导体中,人为地掺入特定的杂质元素,导电性能具有可控性。在光照和热辐射条件下,其导电性有明显的变化。 1.1.1关于半导体的基本概念 共价键结构:相邻的两个原子的一对最外层电子(即价电子)不但各自围绕自身所属的原子核运动,而且出现在相邻原子所属的轨道上,成为共用电子,构成共价键。自由电子的形成:在常温下,少数的价电子由于热运动获得足够的能量,挣脱共价键的束缚变成为自由电子。 空穴:价电子挣脱共价键的束缚变成为自由电子而留下一个空位置称空穴。 载流子:运载电荷的粒子称为载流子,包括电子与空穴。 杂质半导体:通过扩散工艺,在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素,可得到杂质半导体。 P型半导体:在纯净的硅晶体中掺入三

有机太阳能电池报告

有机太阳能电池报告 经过这几堂课的学习我从中学到了一些关于有机太阳能的相关知识,虽然听进去的不多但是也有所收获,下面简要做下有机太阳电池的总结。 有机太阳能电池是成分全部或部分为有机物的太阳能电池,他们使用了导电聚合物或小分子用于光的吸收和电荷转移。有机物的大量制备、相对价格低廉,柔软等性质使其在光伏应用方面很有前途。通过改变聚合物等分子的长度和官能团可以改变有机分子的能隙,有机物的摩尔消光系数很高,使得少量的有机物就可以吸收大量的光。相对于无机太阳能电池,有机太阳能电池的主要缺点是较低的能量转换效率,稳定性差和强度低。 有机太阳能电池的原理: 太阳能电池的基本原理是基于半导体异质结或金属半导体界面附近的光伏效应,所以又称为光伏电池。当光子入射到光敏材料时,激发材料内部产生电子和空穴对,在静电势能作用下分离,然后被接触电极收集,这样外电路就有电流通过。 在太阳光的照射下有机材料吸收光子,如果该光子的能量大于有机材料的禁带宽度E,就会产生激子(电子空穴对)激子的结合能大约为0.2~1.0 eV高于相应的无机半导体激发产生的电子空穴对的结合能。因此激子不会自动解离.两种具有不同电子亲和能和电离势的材料相结触,接触界面处产生接触电势差,可以驱动激子解离。 有机太阳能电池以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料,以光伏效应而产生电压形成电流。主要的光敏性质的有机材料均具有共轭结构并且有导电性,如酞菁化合物、卟啉、菁(cyanine)等。 有机太阳能电池按照器件结构可基本分为3类: (1)单质结(肖特基型)有机太阳能电池 (2)异质结有机太阳能电池(p-n 异质结混合异质结即本体异质结级联结构) (3)染料敏化有机太阳能电池 单质结(肖特基型)有机太阳能电池 这是一种研究较早的太阳能电池,结构为:玻璃/电极/有机层/电极,如图a所示: 对于单层结构的电池来说,其内建电场源于两个电极的功函数差或者金属

太阳能电池的发展与应用

太阳能电池的发展与应用 目前国际上大量使用的电池为单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池三种,这三种电池约各占1/3的市场,我国目前有7个太阳电池生产线,主要是生产单晶硅及非晶硅太阳电池,多晶硅太阳电池也有少量生产。我国生产单晶硅太阳电池的效率在12-13%,多晶硅太阳电池在10%,非晶硅太阳电池在5-6%。晶体硅太阳电池在研究上是朝着高效率化、薄片化、大面积化的方向发展。1995年我国晶体硅太阳电池组件的参考价格为45元/瓦,非晶硅太阳电池组件为25元/瓦,仍为常规能源的几倍,但在无电地区及拉线不方便的地方,已产生了良好的经济效益。 太阳能蓄电池又称光伏电池,是一种能有效地吸收太阳辐射能,并使之转变成电能的半导体器件。它可单独地作为光探测元件,例如在照像机中使用,主要是经过串联和并联,以获得所需的电压及电流来作为供电电源使用。太阳电池的外观就如一张薄的卡片或一片薄的玻璃片一样,与普通电池外观不同,它自身也不能储存电能,即没以有光时就不发电,如果晚上要用它,就要与蓄电池配合使用。 太阳电池的面积每100㎝2在强阳光下约产生1瓦的电,我们常说的1度电是1千瓦小时,也就是1千瓦这样的电池工作1小时才能产生1度电。 太阳能光伏发电,可视为迄今为止最美妙、最长寿和最可靠的发电技术。与太阳能发电相比,它另涉及半导体器件,既无运动部件,又无流动工质,因此,避免了机械维修和工质腐蚀的问题,是可再生能源和可持续发展的可靠能源。 硅太阳电池的发展,始于1954年在,美国贝尔研究所试制成功,次年便被用做电信装置的电源,1958年又被美国首次应用和于"先锋1号"人造卫星。宇宙开发极大地促进了太阳电池的开发。与此同时,地面用太阳电池的研究也在不断开展,特别是1973年的能源危机,又大大加速了地面太阳电池的发展。许多国家为开发、利用太阳能蓄电池,为阳光发电的研究投入了相当数量的资金。迄今为止翱翔于太空的成千个飞行器中,大多数都配备了太阳能蓄电池系统。第一颗人造卫星上天,是光伏技术开发利用的起点,经过近五十年的发展,它已形成一门新的光伏科学与光伏工程。无论是在宇宙飞行中的应用,还是作为地面发电系统的应用,从开发速度、技术成熟性和应用领域来看,光伏技术都是新能源中的佼佼者。 太阳电池作为有潜力的可再生能源,在地面上逐渐得到推广。太阳电池的成本及售价也在逐年下降,多年来太阳电池的产量一直以10-25%的增长率在增加。1990年世界太阳能蓄电池组件的产量70MW(兆瓦),我国为1.2MW,主要是用在太阳光照好的边远地区。到2001年全世界太阳电池的产量达到350MW,我国太阳能蓄电池的实际产量已达到4.5MW,累计安装量已超过20MW。我国是个发展中国家,地域辽阔,有许多边远省份和经济欠发达地区。据统计目前我国尚有700万户(2800万人口),还没有用上电,60%的有电县严重缺电。这些地区在短期内不可能靠常规电力解决用电问题,光伏发电则是解决分散农、牧民用电的理想途径,市场潜力非常巨大。

太阳能电池片技术发展的现状和趋势

太阳能电池片生产技术的发展和趋势 LED光伏电子项目部 2009/2/22

1太阳能电池片的生产工艺 1.1太阳能电池的工作原理 典型的太阳电池本质上是一个大面积半导体二极管,它利用光伏效应原理把太阳辐射能转换成电能。当太阳光照射到太阳电池上并被吸收时,其中能量大于禁带宽度Eg的光子能把价带中电子激发到导带上去,形成自由电子,价带中留下带正电的自由空穴,即电子-空穴对,通常称它们为光生载流子。自由电子和空穴在不停的运动中扩散到pn结的空间电荷区,被该区的内建电场分离电子被扫 到电池的n型一侧,空穴被扫到电池的p型一侧,从而在电池上下两面(两极)分别形成了正负电荷积累,产生“光生电压”,即“光伏效应”(photovoltaic effect)若在电池两侧引出电极并接上负载,负载中就有“光生电流”通过,得到可利用的电能,这就是太阳电池的工作原理,如图1所示。 图1太阳电池的工作原理 光伏效应是1839年法国Becqueral第一次在化学电池中观察到的。1876年在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应,随后开发出Se/CuO光电池。硅光电池的报道出现于1941年1954年,贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶硅光电池,为太阳能光伏发电奠定了技术基础,成为现代太阳电池时代的划时代标志。作为能源,硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。在随后10。多年里,硅太阳电池在空间应用中不断扩大,工艺不断改进,电池设计逐步定型。70 年代初,许多新技术引入电池制造工艺,转换效率有了很大提高。与此同时,硅太阳电池开始引入地面应用,70年代末,地面太阳电池产量已经超过了空间电池产量,促使成本不断降低。80年代初,硅太阳电池发展进入快速发展时期,技术进步和研究开发使太阳电池效率进一步提高,商业化生产成本持续降低,应用不断扩大。在太阳电池的整个发展历程中,先后开发出各种不同结构的电池,如肖特基(MS)电池、MIS电池、MINP电池、异质结电池等,其中同质p2n结电池自始至终占着主导地位,其他结构电池对太阳电池的发展也产生了重要影响。在材料方面,有晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、碲化镉(CdTe)薄膜电池、砷化镓薄膜电池等,由于薄膜电池被认为是未来大幅度降低成本的根本出路,因此成为太阳电池研发的重点方向和主流,在技术上得到快速发展,并逐步向商业化生产过渡,多晶硅薄膜电池和Gratzel电池在90年代中后期开始成为薄膜电池的研发热点,技术发展比较迅速。 1.2太阳能电池的生产工艺

太阳能电池发展现状及存在的主要问题

太阳能电池发展现状及存在的主要问题 晨怡热管2008-10-17 23:05:45 一、2005年国际太阳能电池产业发展情况 2005年,世界太阳能电池总产量1656MW,其中日本仍居首位,762M W,占世界总产量的46%,欧洲为464M W,占总产量的28%,美国156M W,占总产量的9%,其他274MW,占总产量的17%。 2004年全球前14位太阳能电池公司总产量达到1055MW,占当年世界总产量的88.3%,近五年来,日本Sharp公司一直领先,2004年产量达到324MW,见表1。

以2004年数据分析,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%,见表2。

2005年,世界光伏市场安装量1460M W,比2004年增长34%,其中德国安装最多,为837MW,比2004年增长53%,占世界总安装量的57%;欧洲为920MW,占总世界安装量的63%,日本安装量292M W,增幅为14%,占世界总安装量的20%;美国安装量为102MW,占世界总安装量的7%,其他安装量为146M W,占世界总安装量的10%。

至2005年全世界光伏系统累计安装量已超过5GW,2005年一年内投资太阳能电池制造业的资金超过10亿美元。现在,一个世界性的问题是制造太阳能的电池的硅原材料紧缺,尽管2005年全世界硅原材料供应增长了12%,但仍然供不应求,国际上长期供货合同抬价25%。持续的硅材料紧缺将对2006年太阳能电池生产产生较大的影响,预计2006年世界太阳能电池产量的增幅将不限制在10%左右。要解决硅材料的紧缺问题预计将需要5年以上的时间。 根据光伏市场需求预测,到2010年,全世界光伏市场年安装量将在3.2G到3.9GW之间,而光伏工业年收入将达到186美元到231亿美元。 日本和欧美各国都提出了各自的中长期PV发展路线图。 按日本的PV路线图(TV Roadmap 2030),到2030年PV电力将达到居民电力消耗的50%(累计安装容量约为100GW),具体的发展目标见表3和表4。

太阳能电池的发展前景及应用

科学前沿讲座论文 太阳能电池 的发展前景及应用 姓名:徐壮 学号:2012221105240021 专业名称:微电子 学院名称:物理学与电子科学学院 指导教师:王浩 2015年6月20日

太阳能电池的发展前景及应用 摘要:随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大,石油的枯竭几乎像一个咒语,给人类带来了不安。何为石油等不可再生能源的替代者?各国都开始力推可再生能源,其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”,发展太阳能已是大势所趋,太阳能时代已为时不远了。就太阳能发展的前景及应用做简单阐述。 正文: 一、背景 长期以来,人们就一直在努力研究利用太阳能。我们地球所接受到的太阳能,只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右,这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍,可谓取之不尽,用之不竭。其次,宇宙空间没有昼夜和四季之分,也没有乌云和阴影,辐射能量十分稳定。因而发电系统相对说来比地面简单,而且在无重量、高真空的宇宙环境中,对设备构件的强度要求也不太高。再者,太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同,不会导致"温室效应"和全球性气候变化,也不会造成环境污染。正因为如此,太阳能的利用受到许多国家的重视,大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料,以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来,在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下,我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置,其应用十分广泛,在某些领域,太阳能的利用已开始进入实用阶段。 二、太阳能转化为电能原理 光伏发电是利用半导体pn结(pn junction)的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池(solar cell)。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件(module),再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电的优点是较少受地域限制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输 电线路即可就地发电供电及建设同期短的优 点。 光伏发电是根据光生伏特效应原理,当P-N 结受光照时,样品对光子的本征吸收和非本征 吸收都将产生光生载流子。但能引起光伏效应 的只能是本征吸收所激发的少数载流子。因P 区产生的光生空穴,N区产生的光生电子属多 子,都被势垒阻挡而不能过结。只有P区的光 生电子和N区的光生空穴和结区的电子空穴对(少子)扩散到结电场附近时能在内建电场作用下漂移过结。光生电子被拉向N区,光生空穴被拉向P 区,即电子空穴对被内建电场分离。这导致在N区边界附近有光生电子积累,在P区边界附近有光生空穴积累。它们产生一个与热平衡P-N结的内

我国太阳能电池的发展历史

从1958年中国开始研制第一片晶体硅光伏电池以来,到现在已走过半个多世纪。光伏专家、上海交通大学太阳能研究所所长崔容强告诉编辑:“中国的太阳能电池也经历了从无到有、从空间到地面、由军到民、由小到大、由单品种到多品种以及光电转换效率由低到高的艰难而辉煌的历程。” 据统计,从2002年至今,中国太阳能电池产量猛增了77倍。2008年,我国太阳能电池产量约占世界总产量的三分之一,连续两年成为世界第一大太阳能电池生产国。 1839年法国物理学家贝克勒尔首次发现光伏效应;1954年美国贝尔实验室制成第一个单晶硅太阳能电池;1983年美国在加州建立了当时世界上最大的太阳能电厂……人类从来未曾停止过追逐太阳的步伐。 1969年研制完成硅太阳能电池组 1958,我国研制出了首块硅单晶 中科院院士、中科院半导体研究所研究员王占国对编辑说:“美国1957年左右拉出了首块硅单晶,我国1958年也研制出了首块硅单晶,随后,中科院物理新成立的半导体研究室正式开始研发太阳能电池。” 最初,研发出的电池主要用于空间领域。从1958年到1965年间,半导体所研制出的PN结电池效率突飞猛进,10×20mm电池效率稳定在15%,同国际水平相差不大。 1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。

于是,包括王占国在内的6人小组开始进行人造卫星用硅太阳电池辐照效应研究,实验过程中,由于技术不成熟、设备落后,致使王占国的右手严重电子灼伤,从此他一直饱受痛苦,直到1978年夏天进行植皮手术才有所缓解。编辑注意到,王占国院士右手手背上有一些黑色的褶皱,这正是老一辈科学家殚精竭虑献身科学的印记。 经过刻苦攻关,实验结果给研究人员带来巨大惊喜。王占国院士介绍,NP 结硅太阳电池抗电子辐照的能力比PN结硅电池大几十倍!随后,半导体所做出了将硅PN电池改为NP定型投产的决定,生产出了5690片NP结硅太阳电池,其中达到空间应用要求的成品3350片,圆满完成了“实践1号”卫星用太阳能电池板的研制、生产任务。1971年实践1号发射升空,在8年的寿命期内,太阳电池功率衰降不到15%,该项目在1978年全国科学大会上获重大成果奖。 1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。 王占国院士说:“70年代末,我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究,该电池具有很高的光发射和光吸收系数,1999年,2×2cm2电池的转换效率达22%。” 1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 1998,我国太阳能产业有了第一个“吃螃蟹”的人 上世纪80年代开始,我国太阳能电池开始进入萌芽期,研发工作在各地次第展开,但进展缓慢。

有机光伏电池的研究现状

<有机化学进展>结课论文 题目:有机光伏电池的研究现状 院系: 专业: 班级: 学号: 姓名:

有机光伏电池的研究现状 摘要:本文对有机电致发光显示器件的发展历史,器件结构、工作特征、发光器件(OLED)的优点、发展现状和趋势等都做了简要的概括。详细介绍了有机发光材料的研究状况,包括小分子发光材料、高分子(聚合物)发光材料,以及新材料的开发。最后总结了国内外OLED 技术的发展状况。 关键词:有机光伏材料 Research and development of Organic photovoltaic cells Abstract Organic light-emitting diodes (OLEDs), having excellent properties of low driving voltage and brightemission, have been extensively studied due to their possible applications for flat panel color displays.At the same time, or-ganic electroluminescent materials have been made with an outstanding progress.And thestatus of organic electrolumi-nescent materials(including evaporated molecules and polymers)were reported in this paper. Key words OLED, organic luminescent materials, evaporated molecules and polymers 光伏作用(Photovoltaic effect)光照在不均匀的半导体或半导体与金属结合的不同部位而在其之间产生电位差的现象。(光子→电子;光能→电能) 一、发展历史 术语“光生伏打”(Photovoltaics)来源于希腊语,意思是光、伏特和电气的,来源于意大利物理学家亚历山德罗·伏特的名字,在亚历山德罗·伏特以后“伏特”便作为电压的单位使用。以太阳能发展的历史来说,光照射到材料上所引起的“光起电力”行为,早在19世纪的时候就已经发现了。1849年术语“光-伏”(photo-voltaic)才出现在英语中,意指由光产生电动势,即光产生伏特。1839年,光生伏特效应第一次由法国物理学家A.E.Becquerel发现。1883年第一块太阳电池由Charles Fritts制备成功。Charles用硒半导体上覆上一层极薄的金层形成半导体金属结,器件只有1%的效率。到了1930年代,照相机的曝

太阳能电池材料

太阳能电池材料 The materials of Solar Cells 课程编号:07310550 学分:3 学时:45 ( 其中:授课学时:45 实验学时:0 上机学时:0 ) 先修课程:新能源材料,固体物理导论 适用专业:无机非金属材料工程(光电材料与器件) 教材:《太阳能电池材料》杨德仁主编,化学工程出版社,2006 年10 月第一版开课学院:材料科学与工程学院 一.课程的性质与任务本课程是光电材料与器件专业的一门主要专业方向课程。本课程力求在介绍太阳能光电转化基本原理和太阳能电池基本结构和工艺的基础上,重点介绍太阳能电池材料的制备,材料的结构和性能。 二. 课程的基本内容及要求 第一章太阳能和光电转换 1.教学内容 (1)太阳能 (2)太阳能辐射和吸收 (3)太阳能光电的研究和应用历史 (4)太阳电池的研究与开发 2.基本要求 (1)了解太阳能电池的发展历史 (2)了解太阳能的基本参数 第二章太阳能光电材料及物理基础 1.教学内容 (1)半导体材料和太阳能光电材料 (2)载流子和能带 (3)杂质和缺陷能级 (4)热平衡下的载流子以及非平衡载流子 (5)pn 结和金属-半导体接触 (6)太阳能转换原理-光生伏特效应 2. 基本要求 (1)理解半导体材料以及太阳能光电材料的定义,分类 (2)理解载流子的分类,定义以及半导体能带理论 (3)熟练掌握杂质半导体的分类,能级理论

(4)理解非平衡载流子的产生,复合,寿命,扩散,在电场下的漂移 (5)掌握pn 结的制备,原理,电流电压特性,金属-半导体接触,欧姆接触的原理 (6)掌握半导体材料的光吸收,光生伏特效应的原理第三章单晶硅材料 1.教学内容 (1)硅的基本性质 (2)太阳能电池用硅材料 (3)高纯多晶硅的制备 (4)太阳能级多晶硅的制备 (5)区熔单晶硅 (6)直拉单晶硅 (7)硅晶片加工 2.基本要求 (1)了解硅的基本物理,化学性质 (2)理解太阳能电池用硅材料在纯度,物理,化学等方面的要求 (3)了解西门子法,硅烷法,四氯化硅氢还原法的原理 (4)掌握了解太阳能级多晶硅的制备步骤 (5)了解区熔单晶硅的制备步骤 (6)熟悉直拉单晶硅的生长原理,生长技术,掺杂技术和工艺 (7)了解硅晶片制备步骤中的切断,滚圆,切片,化学腐蚀第四章铸造多晶硅 1.教学内容 (1)概述 (2)铸造多晶硅的制备工艺 (3)铸造多晶硅的晶体生长 2.基本要求 (1)了解铸造多晶硅的定义。 (2)熟悉铸造多晶硅的制备工艺步骤。 (3)理解铸造多晶硅的晶体生长中所需的原材料,坩埚,晶体生长工艺,晶体生长的因素,晶体掺杂。 第五章太阳电池的结构和制备 1.教学内容 (1)太阳电池的结构和光电转换效率 (2)晶体硅太阳电池的基本工艺 ⑶薄膜太阳电池 2.基本要求

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