复旦纳米材料和功能器件课件04太阳能电池

太阳能电池简介无机太阳能电池聚合物太阳能电池•制造工艺大多使用梯度升温，高真空，多步平板印刷技术等，成本高昂•半导体具有的高载流子迁移速率，无机太阳能电池一般都具有10%左右的太阳能转化效率(最高达30%)•制造工艺采用价格低廉的溶剂法•由于广泛存在的电子陷阱，其电子电子迁移速率低下(低于10-4cm-1V-1s-1)，其太阳能转化效率最高只有2.5%将两者优势结合，制造新型的太阳能电池太阳能电池太阳能电池简介无机半导体太阳能电池1.当p型半导体和n型半导体结合在一起时，n区的自由电子会扩散至P区；于是电子和空穴在pn结区域内相互扩散。一旦达到平衡，在pn结区域就形成一个“内电场”。2.太阳光冲击光电池,产生载流子,被内电场吸收,在电场作用下,电子由p层向n层移动(空穴反之)。3.外部电路存在时，电子从n层经外部电路回到p层，以纠正电荷平衡，于是产生电流。图1.无机半导体太阳能电池工作原理太阳能电池简介聚合物太阳能电池1.光照下，共轭聚合物电子受激从最高占有轨道(HOMO)迁到最低空轨道(LUMO),形成束缚的电子空对(激子)。2.激子扩散到D/A异质结交界，发生电荷分离，给体中的激子将电子转移给受体,受体中的激子将空穴转移给给体,实现电荷分离。3.电子和空穴分别沿受体和给体向负极和正极传递，通过外部电路，形成电流。图2.聚合物太阳能电池工作原理太阳能电池简介聚合物-无机材料杂化太阳能电池•电子更倾向于在高电子亲和性的无机半导体和离子电势相对较低的有机分子和聚合物中传递•高电子密度态的聚合物无机半导体复合材料使电子传输速率达到很高的值•可通过低廉的溶液法制备图3.聚合物-无机材料杂化太阳电池聚合物-无机材料杂化太阳能电池性能表征图7.(A)7,30,60:7nm外部量子效率(B)I-V曲线，60:7nm器件(Ar515nm0.1mW/cm2)(C)60:7nm器件在AM1.5光条件下的I-V曲线(D)60nm长，直径3&7nm的器件光电谱含有90wt%的60:7nmCdSe纳米棒P3HT复合物，能量转化效率为6.9%(Ar515nm0.1mW/cm2)(6B)。开路电压为0.5V，最大功率点的电压为0.4V，填充因子(FF)为0.6。持续太阳光下测试(AM1.5GAr)，效率为1.7%，开路电压为0.7V，最大功率点的电压为0.45V，FF=0.4。填充因子(fillfactor,FF)是最大输出功率和电路短路电流和开路电压的乘积之比聚合物-无机材料杂化太阳能电池图7.(D)60nm长，直径3&7nm的器件光电谱图8,太阳辐射光谱CdSe纳米棒和P3HT在可见光部分有互补的吸收光谱。吸收光谱可通过调节纳米棒的直径(量子局限效应)来最大程度地与太阳辐射光谱重叠(6D)。染料敏化太阳能电池基本原理DSCs是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，无毒、无污染。（N719）(Pt)(I3-/I-)纳米晶多孔半导体薄膜(FTO)